RU2434645C2 - Системы и методы измерения клеток, использующие ультракороткую т2*-релаксометрию - Google Patents

Системы и методы измерения клеток, использующие ультракороткую т2*-релаксометрию Download PDF

Info

Publication number
RU2434645C2
RU2434645C2 RU2008143199/14A RU2008143199A RU2434645C2 RU 2434645 C2 RU2434645 C2 RU 2434645C2 RU 2008143199/14 A RU2008143199/14 A RU 2008143199/14A RU 2008143199 A RU2008143199 A RU 2008143199A RU 2434645 C2 RU2434645 C2 RU 2434645C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
echo
spin
pulse
images
cells
Prior art date
Application number
RU2008143199/14A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2008143199A (ru
Inventor
Вэй ЛЮ (US)
Вэй Лю
Ханнес ДАНКЕ (US)
Ханнес ДАНКЕ
Тобиас ШЕФФТЕР (US)
Тобиас ШЕФФТЕР
Original Assignee
Конинклейке Филипс Электроникс, Н.В.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Конинклейке Филипс Электроникс, Н.В. filed Critical Конинклейке Филипс Электроникс, Н.В.
Publication of RU2008143199A publication Critical patent/RU2008143199A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2434645C2 publication Critical patent/RU2434645C2/ru

Links

Images

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61K—PREPARATIONS FOR MEDICAL, DENTAL OR TOILETRY PURPOSES
    • A61K49/00—Preparations for testing in vivo
    • A61K49/06—Nuclear magnetic resonance [NMR] contrast preparations; Magnetic resonance imaging [MRI] contrast preparations
    • A61K49/18—Nuclear magnetic resonance [NMR] contrast preparations; Magnetic resonance imaging [MRI] contrast preparations characterised by a special physical form, e.g. emulsions, microcapsules, liposomes
    • A61K49/1896—Nuclear magnetic resonance [NMR] contrast preparations; Magnetic resonance imaging [MRI] contrast preparations characterised by a special physical form, e.g. emulsions, microcapsules, liposomes not provided for elsewhere, e.g. cells, viruses, ghosts, red blood cells, virus capsides
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61K—PREPARATIONS FOR MEDICAL, DENTAL OR TOILETRY PURPOSES
    • A61K49/00—Preparations for testing in vivo
    • A61K49/06—Nuclear magnetic resonance [NMR] contrast preparations; Magnetic resonance imaging [MRI] contrast preparations
    • A61K49/18—Nuclear magnetic resonance [NMR] contrast preparations; Magnetic resonance imaging [MRI] contrast preparations characterised by a special physical form, e.g. emulsions, microcapsules, liposomes
    • A61K49/1818—Nuclear magnetic resonance [NMR] contrast preparations; Magnetic resonance imaging [MRI] contrast preparations characterised by a special physical form, e.g. emulsions, microcapsules, liposomes particles, e.g. uncoated or non-functionalised microparticles or nanoparticles
    • A61K49/1821—Nuclear magnetic resonance [NMR] contrast preparations; Magnetic resonance imaging [MRI] contrast preparations characterised by a special physical form, e.g. emulsions, microcapsules, liposomes particles, e.g. uncoated or non-functionalised microparticles or nanoparticles coated or functionalised microparticles or nanoparticles
    • A61K49/1824—Nuclear magnetic resonance [NMR] contrast preparations; Magnetic resonance imaging [MRI] contrast preparations characterised by a special physical form, e.g. emulsions, microcapsules, liposomes particles, e.g. uncoated or non-functionalised microparticles or nanoparticles coated or functionalised microparticles or nanoparticles coated or functionalised nanoparticles
    • A61K49/1827—Nuclear magnetic resonance [NMR] contrast preparations; Magnetic resonance imaging [MRI] contrast preparations characterised by a special physical form, e.g. emulsions, microcapsules, liposomes particles, e.g. uncoated or non-functionalised microparticles or nanoparticles coated or functionalised microparticles or nanoparticles coated or functionalised nanoparticles having a (super)(para)magnetic core, being a solid MRI-active material, e.g. magnetite, or composed of a plurality of MRI-active, organic agents, e.g. Gd-chelates, or nuclei, e.g. Eu3+, encapsulated or entrapped in the core of the coated or functionalised nanoparticle
    • A61K49/1866—Nuclear magnetic resonance [NMR] contrast preparations; Magnetic resonance imaging [MRI] contrast preparations characterised by a special physical form, e.g. emulsions, microcapsules, liposomes particles, e.g. uncoated or non-functionalised microparticles or nanoparticles coated or functionalised microparticles or nanoparticles coated or functionalised nanoparticles having a (super)(para)magnetic core, being a solid MRI-active material, e.g. magnetite, or composed of a plurality of MRI-active, organic agents, e.g. Gd-chelates, or nuclei, e.g. Eu3+, encapsulated or entrapped in the core of the coated or functionalised nanoparticle the nanoparticle having a (super)(para)magnetic core coated or functionalised with a peptide, e.g. protein, polyamino acid
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y5/00—Nanobiotechnology or nanomedicine, e.g. protein engineering or drug delivery

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Epidemiology (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Radiology & Medical Imaging (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Proteomics, Peptides & Aminoacids (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • Virology (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Hematology (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Pharmacology & Pharmacy (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Magnetic Resonance Imaging Apparatus (AREA)
  • Medicines Containing Antibodies Or Antigens For Use As Internal Diagnostic Agents (AREA)

Abstract

Группа изобретений относится к медицине, способам и системам магнитно-резонансного (МР) измерения ультракороткой Т2*-релаксации (Р), использующим получение спин-эхо, для контроля количества, миграции, пролиферации и/или хоминга клеток, меченных большим количеством железа, при транспорте клеток, клеточной терапии, в том числе in vivo. Генерируют последовательность МР изображений и измеряют Т2*-Р с кривой затухания Т2*, полученной серией спин-эхо изображений, включая этапы: индуцирования первого спин-эхо сигнала (СЭС), генерирующего первое спин-эхо изображение, и множества СЭС, генерирующих серию дополнительных спин-эхо изображений из подходящих смещений затухания Т2*; получения Т2* изображения при помощи подбора экспоненты. При этом первый СЭС и второй СЭС образуются при помощи первого радиочастотного импульса (РЧИ), за которым следует второй РЧИ, отличный от первого. СЭС индуцируется РЧИ с небольшим углом наклона. Формируют эхо, используя градиентное считывание. В тканях, содержащих клетки, меченные железом с высокой концентрацией, при Т2 ниже 1 мсек сигнал может затухать до уровня шума со временем эхо 2 мсек. Поскольку Т2 гораздо длиннее в клетках, меченных суперпарамагнитной окисью железа, и сигнал, полученный с помощью спин-эхо, гораздо сильнее сигнала, полученного с помощью градиентного эхо, данный способ и система для его осуществления позволяют избежать негативных эффектов, связанных со значительной потерей сигнала на изображении, используя сравнительно длинное Т2 затухание при получении серии спин-эхо изображений, облегчая определение Т2*, несмотря на значительное ослабление сигнала, связанное с затуханием ул�

Description

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Настоящее изобретение относится к системам и способам, которые измеряют быстро затухающую Т2*-релаксацию, для эффективного определения количества меченых клеток при помощи магнитно-резонансного изображения. Открытые системы и способы полезны в различных применениях, включая транспорт клеток и клеточную терапию.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Клеточная терапия, использующая стволовые клетки и иммунные клетки, с целью восстановления и реваскуляризации все более часто применяются в клинических испытаниях. Успех или неудача могут зависеть от точной доставки клеток к заданным органам. Определение количества клеток, доставленных к заданной ткани(тканям), имеет огромное значение для расчета оптимальной дозы и времени клеточной терапии. Чтобы метить клетки ex vivo, использовались агенты суперпарамагнитной окиси железа (SPIO), обеспечивающие исследователям возможность контролировать миграцию, пролиферацию и хоминг этих клеток с помощью магнитно-резонансного (МР) изображения. Мечение SPIO вызывает эффект релаксации c высокой скоростью (R2*), который возрастает линейно с возрастанием концентрации железа. R2* определяется как 1/Т2*.
Т2*-релаксометрия обычно достигается получением множества градиент-эхо изображений. В тканях, содержащих клетки, меченные железом с высокой концентрацией, Т2* может быть ультракороткой. В приведенных в качестве примера случаях Т2* находится ниже 1-2 миллисекунд, хотя точный период Т2* меняется от применения к применению. Время эхо для градиентного эхо как правило ограничивается настройками аппаратуры. На практике обычно ультракороткого времени эхо является недостижимым. Поэтому затухание сигнала в тканях с ультракоротким Т2* является как правило слишком быстрым для нормального градиент-эхо изображения.
Несмотря на все современные достижения, остается потребность в системах и/или способах, которые преодолеют трудности, связанные с традиционными техниками определения количества клеток. Кроме того, остается потребность в таких техниках определения количества клеток, которые не требуют модификации аппаратуры и/или специализированных расчетов РЧ импульса. Кроме того, нужны системы и способы для эффективного и надежного контроля и/или определения количества меченых клеток, например меченых стволовых клеток, в различных применениях, включая клеточную терапию и подобные. Эти и другие нужды удовлетворяются раскрытыми системами и способами.
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение обеспечивает системы и способы для измерения и/или определения количества клеток в различных применениях, например транспорте клеток или клеточной терапии. Иллюстративные варианты осуществления раскрытых систем и способов включают использование клеток, которые были помечены ex vivo контрастирующим агентом, или других идентифицирующих характеристик. Меченые клетки контролируются с помощью МР изображения, чтобы оценить миграцию, пролиферацию и/или хоминг меченых клеток. Обычно контрастирующий агент представляет собой SPIO, хотя альтернативные контрастирующие агенты могут использоваться без отклонения от сущности и объема настоящего изобретения.
Согласно настоящему изобретению Т2*-релаксометрия преимущественно используется при измерении концентрации клеток в различных применениях, связанных с клетками. Поскольку в клетках, меченных железом с высокой концентрацией, Т2* является ультракороткой, в настоящем описании раскрыты предпочтительные системы и способы для измерения Т2*-релаксометрии, такие системы и способы используют последовательность спин-эхо изображений вместо стандартных градиент-эхо изображений для достижения желаемых результатов. В приведенных в качестве примера случаях Т2* не превышает 1-2 миллисекунд, хотя раскрытые системы и способы полезны в применении в широком диапазоне значений Т2*, такие значения Т2* как правило отличаются от применения к применению. Раскрытые системы и способы индуцируют нормальный спин-эхо сигнал, генерирующий первое спин-эхо изображение с последующим индуцированием множества спин-эхо сигналов, генерирующих серию дополнительных спин-эхо изображений от соответствующих смещений эхо, до вышеупомянутого затухания Т2* и затем получением схем Т2* при помощи подбора экспоненты.
Спин-эхо сигналы, выходящие из клеток, формируются для МР изображений первыми радиочастотными (РЧ) импульсами, за которыми следуют вторые радиочастотные импульсы, соответственно. При помощи спин-эхо сигналов строится кривая T2, где для клеток, меченных частицами/наночастицами SPIO, T2 гораздо длиннее, чем Т2*, и определяется через Msse-t/T. Кривая затухания Т2* спин-эхо затем определяется через Msse-TE/T2e-(t-TE)/T2*. Множество спин-эхо изображений берется на разных интервалах, определяемых шагом смещения эхо, который может быть меньше 1 мс. Схема ультракороткого Т2* строится по первому спин-эхо изображению и множеству спин-эхо изображений с подходящим смещением эхо при помощи подбора экспоненты. Полная схема Т2* строится при помощи наложения схемы ультракороткого Т2* на схему нормального Т2*.
Дополнительные свойства, функции и преимущества раскрытых систем и способов будут ясны из последующего описания, в частности при чтении с прилагаемыми чертежами.
КРАТКОЕ ОПСИАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Чтобы помочь специалистам в данной области техники в создании и использовании раскрытых систем и способов, приведена ссылка на прилагаемые чертежи, на которых:
Фиг.1 представляет собой схематическую последовательность стандартной Т2* релаксометрии, получаемой при помощи многократного градиентного эхо;
Фиг.2 представляет собой схематическую последовательность ультракороткой Т2* релаксометрии;
Фиг.3a представляет собой аксиальное градинет-эхо изображение крысы с опухолью;
Фиг.3b представляет собой аксиальное спин-эхо изображение со смещением 0,8;
Фиг.3с представляет собой plussian blue-деформированный срез опухоли;
Фиг.4а представляет собой схему нормального Т2*, скрытого пороговым сигналом для устранения шума;
Фиг.4b представляет собой схему ультракороткого Т2*, наложенного на схему нормального Т2*;
Фиг.5a представляет R2* схемы меченых боковых опухолей;
Фиг.5b представляет R2* схемы не меченых боковых опухолей;
Фиг.6(а)-6(с) представляет собой гистограммы опухолей с разным количеством меченых железом клеток; и
Фиг.7 представляет собой график, иллюстрирующий линейную корреляцию R2* с количеством клеток/мм3.
ОПИСАНИЕ ИЛЛЮСТРАТИВНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Раскрыты системы и способы для измерения и/или определения количества клеток, не требующие модификаций аппаратуры и/или разработок специализированного РЧ сигнала. Раскрытые системы/способы имеют широкий спектр применений, включающий применения для транспорта клеток и клеточной терапии. Меченые клетки контролируются при помощи генерации МР изображений для того, чтобы отследить их миграцию, пролиферацию и хоминг. Периоды быстро затухающей Т2* - релаксации измеряются путем генерации МР изображений, чтобы эффективно определить количество меченых клеток, как здесь описано.
Агенты SPIO влияют на период Т1, Т2 и Т2*-релаксации. Влияние SPIO в компартментах клетки на Т2*-релаксацию в десять раз больше, чем на Т2-релаксацию. В результате в клетках, меченых SPIO, Т2 намного длиннее, чем Т2*. Раскрытые системы и способы используют сравнительно длинное Т2 затухание с помощью получения серии спин-эхо изображений, чтобы преимущественно облегчить определение значения Т2*, несмотря на значительное ослабление сигнала, связанное с затуханием ультракороткого Т2*.
На Фиг.1 показана основная схема нормальной Т2*-релаксометрии, используя последовательность многократного градиентного эхо. Сигнал индуцируется РЧ импульсом с небольшим поворотом угла. Вслед за импульсом возбуждения применяется градиентное считывание, чтобы произвести эхо. Время между РЧ импульсом и серединой градиента считывания определяется как «ТЕ». Очевидно, что временной интервал ТЕ ограничивается РЧ импульсом и формой волны градиента для градиента выбора отрезков, и градиентом считывания. Таким образом, ТЕ ограничивается настройками аппаратуры, включая, в частности, силу градиента и время нарастания градиента.
Сигнал, полученный от градиентного эхо, определяется через Mss -TE/T2*, где Mss представляет собой намагниченность в устойчивом состоянии. В тканях, содержащих клетки, меченные железом с высокой концентрацией, Т2* может быть ниже 1-2 миллисекунд. Следовательно, сигнал может затухать до уровня шума со временем эхо в пару миллисекунд. Приложенные ранее усилия по уменьшению ТЕ включали модификацию оборудования или большой объем работ над разработкой последовательности, и не смогли стать оптимальными или полезными для множества традиционных применений.
На Фиг.2 схематично изображены различные параметры, связанные с иллюстративным вариантом осуществления настоящего изобретения. Согласно раскрытым системам и способам, спин-эхо используется, чтобы получить изображение. Использование спин-эхо заменяет традиционное использование градиентного эхо. В иллюстративном варианте осуществления настоящего изобретения, спин-эхо формируется 90-градусным РЧ сигналом, за которым следует 180-градусный РЧ сигнал. Интенсивность сигнала за ТЕ определяется отношением Mss -TE/T2. Поскольку в клетках, меченных SPIO, Т2 гораздо длиннее, сигнал, полученный от спин-эхо гораздо сильнее сигнала, полученного от градиентного эхо, что помогает избежать негативных последствий, связанных с большой потерей сигнала на изображении. Схема ультракороткой Т2*-релаксации может затем быть наложена на схему нормального Т2* для создания конечной Т2*-схемы в зоне обзора.
Измерение ультракороткой Т2*-релаксации может быть достигнуто получением серий спин-эхо изображений, как показано на Фиг.2. Первое эхо получается как нормальное спин-эхо изображение. Следующие изображения получаются путем смещения считывания по направлению к кривой затухания Т2* используя шаги, подходящие для смещения эхо, которые могут быть ниже 1 миллисекунды. Этот способ позволяет получить образец кривой затухания Т2*, построенной по спин-эхо сигналу. Затем могут быть получены схемы Т2* путем подбора экспоненты.
Обращаясь к Фиг.2, получают серию изображений с последовательностью спин-эхо. Первое сканирование получается в виде стандартного спин-эхо изображения. Последующие сканирования (сканирование 2- сканирование 5) получаются со смещением эхо по кривой затухания Т2*, определяемой отношением: Msse-TE/T2e-(t-TE)/T2*. Как показано на фиг.2, раскрытые системы и способы эффективны в преодолении ограничений, связанных с быстрым затуханием Т2*, путем успешного применения спин-эхо.
Для дальнейшей иллюстрации применений и преимуществ, связанных с раскрытыми системами и способами, сделана ссылка на следующие примеры. Однако нужно понимать, что данные примеры не являются ограничивающими объем настоящего изобретения, а только демонстрирующими иллюстративные варианты осуществления и/или выгоды изобретения:
Пример 1:
Чтобы облегчить измерение быстро затухающей Т2*-релаксации в тканях, содержащих клетки, меченные железом с высокой концентрацией, где затухание Т2* слишком быстрое для составления нормальной схемы многократного градиентного эхо, использовалась следующая методика. МР эксперименты in vivo на крысах с опухолями, меченными железом, использовались для демонстрации того, что раскрытая методика может быть использована для количественной оценки ультракороткой Т2*, не превышающей 1-2 миллисекунд или ниже. В сочетании с составлением схемы регулярной Т2*, раскрытая техника может быть использована, чтобы обеспечить in vivo количественную оценку и контроль тканей, содержащих клетки, меченные большим количеством железа.
Наночастицы SPIO широко используются, чтобы влиять на периоды релаксации T1, Т2 и Т2* меченых тканей и клеток. Период релаксации Т2* представляет собой наиболее чувствительный параметр для обнаружения клеток, меченных SPIO, и, основываясь на преимуществах раскрытых в настоящем описании систем и способов, Т2*-релаксометрия может быть успешно использована для количественной оценки и контроля меченных стволовых клеток в клеточной терапии. Как упоминалось выше, Т2*-релаксометрию как правило получают построением множества градиент-эхо изображений. Однако в тканях, содержащих клетки, меченные железом с высокой концентрацией, Т2* может быть ниже 2 миллисекунд, и, следовательно, затухание сигнала происходит слишком быстро для периода нормального градиентного эхо. Используя преимущества сравнительно долгого затухания Т2 клеток, связанных со SPIO, раскрытая система/способ используется для измерения быстро затухающей Т2*-релаксации при помощи серии спин-эхо изображений. В иллюстративном примере, была проведена количественная оценка in vivo короткого Т2* на крысах с опухолями, меченными железом.
Последовательность действий: измерение ультракороткой Т2* было достигнуто с помощью получения серий спин-эхо изображений, как показано на Фиг.2. Первое эхо было получено в виде нормального спин-эхо изображения. Следующие изображения были получены при помощи смещения считывания по направлению к кривой Т2*, используя шаги, не превышающие 1 миллисекунду. Это позволило получить кривую затухания Т2* из спин-эхо сигнала.
Эксперимент in vivo: клетки меланомы С8161 были помечены (Feridex)-протамин сульфатными (FEPro) комплексами с помощью процедур мечения, которые известны в данной области техники. 2х106 меченых FEPro или немеченых (контрольных) клеток меланомы были билатерально подкожно имплантированы в бок 5 голых крыс. Приблизительно через две недели после заражения опухолевыми клетками выполнялось ОМР на 3Т Intera whole-body scaner (Philips Medical System) при помощи специализированной 7-сантиметровой РЧ-катушки в форме соленоида для крыс. Схема нормальной Т2* была получена последовательностью многократного градиентного эхо (MGES) [TR/TE = 1540/16 мс, 13 эхо, матрица 256×256, 17 отрезков, толщина отрезков = 1,0 мм, зона обзора= 80 мм, NEX = 4]. Чтобы измерить короткую Т2*, были получены пять наборов спин-эхо изображений с шагом считывания эхо 0 мс, 0,4 мс, 0,8 мс, 1,2 мс, 2,3 мс соответственно, со следующими параметрами: TR/TE = 1000/6,4, матрица 144×144, 17 отрезков, толщина отрезков = 1,5 мм, зона обзора = 80 мм, NEX = 4.
Анализ данных: анализ данных выполнялся при помощи инструментов программного обеспечения IDL. Схемы Т2* были получены при помощи подбора экспоненты. Оба набора данных (то есть схема нормальной Т2* и схема короткой Т2*) были совмещены и показаны как схема Т2*.
Схема ультракороткой Т2*-релаксометрии и схема стандартной MGES Т2* были получены для 4 крыс. На Фиг.3а показано аксиальное градиент-эхо изображение от боковых опухолей крысы. Отсутствие сигнала в меченых опухолях было вызвано клетками, меченными железом с высокой концентрацией, как показано на Фиг.3с. Однако спин-эхо изображение той же опухоли (Фиг.3b) меньше подвержено затуханию сигнала, обусловленному сравнительно долгим временем Т2-релаксации клеток, связанных со SPIO. Схема Т2*, измеренная при помощи MGES (Фиг.4а), показывает площадь высоких значений Т2* на границе опухоли, показывающих последовательное ослабление FEPro-мечения по мере роста опухоли. На схеме MGES T2* нельзя обнаружить никакого сигнала вследствие быстрого затухания T2*, вызванного клетками, меченными железом с высокой концентрацией, в центре опухоли. Для сравнения, схема ультракороткой T2* (Фиг.4b) демонстрирует значения Т2* в центре опухоли, cоставляющие приблизительно ≤1 мс, что соответствует областям клеток, меченных железом с высокой концентрацией, согласно Фиг.3а.
Заключение: Этот эксперимент демонстрирует эффективное измерение времени ультракороткой T2*-релаксации в клетках и тканях. МР эксперименты in vivo демонстрируют, что этим способом можно измерять значения ультракороткого T2* вплоть до 1 мс или ниже в клетках, меченных железом с высокой концентрацией. В сочетании с традиционной схемой Т2*, раскрытая техника может использоваться для обеспечения количественной оценки и контроля тканей, содержащих клетки, меченные большим количеством железа, in vivo.
Эксперимент 2
Оценка количества меченых стволовых клеток в заданных тканях в экспериментальных моделях чрезвычайно важна, чтобы подобрать оптимальную дозу и время для клеточной терапии в клинических испытаниях. Агенты SPIO используются для мечения клеток, чтобы контролировать их миграцию, пролиферацию и хоминг при помощи МР изображения. Скорость релаксации R2* (1/T2*) является чувствительным параметром для количественного определения внутриклеточных SPIO.
В этом иллюстративном примере было изучено количественное отношение между числом меченных железом клеток и скоростью релаксации R2* у крысы с опухолью. Более конкретно, было изучено количественное соотношение между меченными железом клетками и скоростью тканевой релаксации R2* у крысы с опухолью. Эксперименты in vivo показали хорошую линейную корреляцию между количеством меченных железом клеток и тканевой R2*. В дальнейшем данные показали, что измерение R2* является надежным и чувствительным способом определения количества меченых клеток in vivo.
Клети меланомы С8161 и клетки глиомы С6 были помечены (Feridex)-протамин сульфатными (FEPro) комплексами с помощью известных процедур. 2×106 меченных FEPro или немеченых (контрольных) клеток меланомы (n=4) или 1×106 меченных FEPro или немеченых клеток глиомы (n=4) были билатерально подкожно имплантированы голым крысам. Приблизительно через две недели после заражения опухолевыми клетками выполнялось ОМР на 3Т Intera whole-body scaner (Philips Medical System) при помощи специализированной 7-сантиметровой РЧ-катушки в форме соленоида для крыс. Схема нормальной R2* была получена последовательностью многократного градиентного эхо (MGES) [TR/TE = 1540/16 мс, 13 эхо, матрица 256×256, 17 отрезков, толщина отрезков = 1,0 мм, зона обзора = 80 мм, NEX = 4]. Чтобы измерить скорость релаксации R2* в тканях с высокой концентрацией меченых клеток, были получены пять наборов спин-эхо изображений с шагом считывания эхо 0 мс, 0,4 мс, 0,8 мс, 1,2 мс, 2,3 мс соответственно, со следующими параметрами: TR/TE = 1000/6,4, матрица 144×144, 17 отрезков, толщина отрезков = 1,5 мм, зона обзора = 80 мм, NEX = 4. Скорость релаксации R2* была подсчитана путем подбора экспоненты при помощи инструментов программного обеспечения IDL. Оба набора данных (то есть схема регулярной R2* и схема тканевой R2* с высокой концентрацией меченых клеток) были совмещены. R2*-релаксация опухоли была подсчитана по пикселям как среднее от R2*-релаксации по всему объему опухоли.
Результаты: Мечение железом не изменило рост опухоли. Не было статистически значимой разницы в размерах опухоли меченых и немеченых опухолей. Размеры меченых опухолей находились в диапазоне от 1890 мм3 до 4950 мм3 на время построения изображения, что означает от 325 до 1056 меченых клеток на мм3 в восьми опухолях.
Мечение FEPro значимо удлинило скорость релаксации R2* в опухоли. Фиг.5a и 5b иллюстрируют схемы R2* меченой и немеченой опухоли соответственно. Влияние мечения железом на R2*-релаксацию может быть также доказано при помощи R2*-гистограммы опухоли с 1056 мечеными клетками/мм3 (Фиг.6а) и 325 мечеными клетками/мм3 (Фиг.6b). Меченые опухоли показали гораздо большее распространение R2* по сравнению с контрольной опухолью (Фиг.6с). Средняя R2* опухоли демонстрирует очень хорошую линейную корреляцию с количеством меченых клеток на мм3 (Фиг.7), с коэффициентом корреляции 0,91 (р<0,01).
Заключение: в этом иллюстративном примере было исследовано количественное соотношение между меченными железом клетками и скоростью тканевой релаксации R2*. Несмотря на то, что были использованы две различных линии опухолевых клеток, данные in vivo демонстрируют хорошую линейную корреляцию между количеством меченных железом клеток и тканевой R2*. Экспериментальные данные также показывают, что измерение R2* представляет собой надежный и чувствительный инструмент для количественной оценки меченных железом клеток. Согласно этому раскрытые системы и способы могут использоваться для эффективной неинвазивной количественной оценки меченных железом клеток in vivo.
В целом, системы и способы настоящего изобретения предлагают значительно улучшенные техники для МР измерений меченых клеток в различных применениях. Действительно, современные исследования в области транспорта клеток и клеточной терапии начинаются с инъекций большого количества клеток, меченных SPIO, в заданный участок, что приводит к очень короткому Т2* в меченых и окружающих клетках. Открытые системы и способы способствуют значительному улучшению в количественной оценке меченых клеток, несмотря на ультракороткое затухание Т2*, с которым приходится сталкиваться в таких тканевых системах. Раскрытые системы и способы могут также применяться для измерения ультракороткой Т2* других контрастирующих агентов, которые вызывают значимую разницу между Т2 и Т2*-релаксацией.
Хотя настоящее изобретение было описано со ссылкой на иллюстративные варианты осуществления и их реализации, раскрытые системы и способы не ограничены такими иллюстративными вариантами осуществления. Напротив, как будет видно специалистам в данной области техники из приведенного здесь описания, раскрытые системы и способы допускают модификации, изменения и усовершенствования без отклонения от сущности и объема настоящего изобретения. Следовательно, настоящее изобретение определенно охватывает такие модификации, изменения и усовершенствования в пределах его объема.

Claims (12)

1. Способ контроля меченых клеток, включающий в себя:
мечение клеток ex vivo контрастирующим агентом;
контроль миграции, пролиферации и/или хоминга упомянутых меченных клеток при помощи генерации последовательности магнитно-резонансных (МР) изображений;
измерение Т2*-релаксометрии с кривой затухания Т2*, полученной серией спин-эхо изображений, включая этапы, на которых:
(a) индуцируют первый спин-эхо сигнал, генерирующий первое спин-эхо изображение;
(b) индуцируют множество спин-эхо сигналов, генерирующее серию дополнительных спин-эхо изображений из подходящих смещений указанного затухания Т2*; и
(c) получают Т2* изображения при помощи подбора экспоненты,
при этом упомянутый первый спин-эхо сигнал и упомянутый второй спин-эхо сигнал образуются при помощи первого радиочастотного (РЧ) импульса, за которым соответственно следует второй РЧ импульс, причем первый РЧ импульс отличается от второго РЧ импульса.
2. Способ по п.1, в котором упомянутый контрастирующий агент представляет собой суперпарамагнитную окись железа (SPIO).
3. Способ по п.1, в котором Т2* является ультракоротким.
4. Способ по п.3, в котором Т2* изменяется от применения к применению, и в некоторых применениях меньше или равно 2 мс.
5. Способ по п.1, в котором упомянутый первый РЧ импульс представляет собой 90° РЧ импульс, а второй РЧ импульс представляет собой 180° РЧ импульс.
6. Способ по п.1, в котором кривая затухания Т2 определяется через Мssе-t/T, где Mss представляет собой намагниченность в устойчивом состоянии.
7. Способ по п.1, в котором упомянутая кривая затухания Т2* определяется через: Msse-TE/T2e-(t-TE)/T2, где Mss представляет собой намагниченность в устойчивом состоянии.
8. Способ по п.1, в котором упомянутое подходящее смещение эхо выполняют с шагами, не превышающими 1 или 2 мс.
9. Способ по п.1, в котором упомянутые Т2* изображения совмещены и показаны в виде общего Т2* изображения.
10. Способ по любому одному из предшествующих пунктов, в котором меченые клетки измеряют применительно к транспорту клеток или клеточной терапии.
11. Система для контроля меченых клеток, содержащая:
средство для мечения клеток ex vivo контрастирующим агентом;
средство для контроля миграции, пролиферации и/или хоминга упомянутых меченых клеток при помощи генерации последовательности магнитно-резонансных (МР) изображений;
средство для измерения Т2*-релаксометрии с кривой затухания Т2*, полученной серией спин-эхо изображений, включая этапы, на которых:
(a) индуцируют первый спин-эхо сигнал, генерирующий первое спин-эхо изображение;
(b) индуцируют множество спин-эхо сигналов, генерирующее серию дополнительных спин-эхо изображений из подходящих смещений указанного затухания Т2*; и
(c) получают Т2* изображения при помощи подбора экспоненты,
при этом упомянутый первый спин-эхо сигнал и упомянутый второй спин-эхо сигнал образуются при помощи первого радиочастотного (РЧ) импульса, за которым соответственно следует второй РЧ импульс, причем первый РЧ импульс отличается от второго РЧ импульса.
12. Система по п.11, в которой первый РЧ импульс представляет собой 90° РЧ импульс, а второй РЧ импульс представляет собой 180° РЧ импульс.
RU2008143199/14A 2006-03-31 2007-03-22 Системы и методы измерения клеток, использующие ультракороткую т2*-релаксометрию RU2434645C2 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US78847306P 2006-03-31 2006-03-31
US60/788,473 2006-03-31

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2008143199A RU2008143199A (ru) 2010-05-10
RU2434645C2 true RU2434645C2 (ru) 2011-11-27

Family

ID=38308700

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2008143199/14A RU2434645C2 (ru) 2006-03-31 2007-03-22 Системы и методы измерения клеток, использующие ультракороткую т2*-релаксометрию

Country Status (7)

Country Link
US (1) US20090111140A1 (ru)
EP (1) EP2004242A2 (ru)
JP (1) JP2009531705A (ru)
CN (1) CN101460199B (ru)
RU (1) RU2434645C2 (ru)
TW (1) TW200806327A (ru)
WO (1) WO2007113721A2 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2701771C1 (ru) * 2018-10-15 2019-10-01 Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный медицинский исследовательский центр детской гематологии, онкологии и иммунологии имени Дмитрия Рогачева" Министерства здравоохранения Российской Федерации (ФГБУ "НМИЦ ДГОИ им. Дмитрия Рогачева" Минздрава России) Способ количественной оценки степени перегрузки железом печени у детей

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2221627A1 (en) 2009-02-20 2010-08-25 IBBT vzw Method and assembly for correcting a relaxation map for medical imaging applications
BRPI1006278A2 (pt) * 2009-03-25 2017-05-30 Koninklijke Emballage Ind Van Leer B V metodo para avaliação quantitativa de celulas marcadas por agente magnetico em um paciente meio de armazenamento digital e sistema para avaliação quantitativa de celulas marcadas por agente magnetico em um paciente
US9588205B2 (en) * 2010-03-18 2017-03-07 Koninklijke Philips N.V. Simultaneous and dynamic determination of longitudinal and transversal relaxation times of a nuclear spin system
DE102011082669B4 (de) * 2011-09-14 2013-05-08 Siemens Aktiengesellschaft Hyperintense Darstellung von Bereichen im Umfeld von Dipolfeldern mittels MRI
CN103519809B (zh) * 2013-10-22 2015-11-04 深圳先进技术研究院 氧代谢参数估测方法和系统
DK3569697T3 (da) * 2014-06-17 2022-04-04 Asherman Therapy S L Stamcelleterapi i endometriumpatologier
CN110133553B (zh) * 2019-05-10 2020-06-05 浙江大学 一种超短回波时间磁共振指纹弛豫时间测量方法

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1017652B (zh) * 1986-10-31 1992-07-29 史密丝克莱恩贝克曼公司 体内细胞示踪
US7998704B2 (en) * 2002-03-07 2011-08-16 Carnegie Mellon University Methods for magnetic resonance imaging
AU2003901659A0 (en) * 2003-04-09 2003-05-01 Inner Vision Biometrics Pty Ltd Method of estimating the spatial variation of magnetic resonance imaging radiofrequency (RF) signal intensities within an object from the measured intensities in a uniform spin density medium surrounding the object
AU2004247157A1 (en) * 2003-06-12 2004-12-23 Regents Of The University Of Minnesota Directing cells to target tissues or organs
US7502640B2 (en) * 2004-05-18 2009-03-10 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University Positive contrast MRI of magnetically tagged cells, objects, tissues
US20090053139A1 (en) * 2006-07-12 2009-02-26 Regents Of The University Of Michigan Dendrimer based compositions and methods of using the same

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
реферат и параграфы: [0002]-[0015], [0023]-[0029], [0034]-[0038], [0041]-[0043]. *
реферат, с.1-2 описания. *
реферат. *
реферат. Heike E. Daldrup-Link et al. Targeting of Hematopoietic Progenitor Cells with MR Contrast Agents // Radiology. 2003 Sep; 228(3):760-7. Epub 2003 Jul 24, найдено в Интернет 29.11.2010 в реферативной базе данных на www.pubmed.com. Ferrucci Т. et al. Iron oxide-enhanced MR imaging of the liver and spleen: review of the first 5 years // Am. Jour. Rad. Nov. 1990, 155, 943-950, найдено в Интернет 29.11.2010 в реферативной базе данных на www.pubmed.com. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2701771C1 (ru) * 2018-10-15 2019-10-01 Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный медицинский исследовательский центр детской гематологии, онкологии и иммунологии имени Дмитрия Рогачева" Министерства здравоохранения Российской Федерации (ФГБУ "НМИЦ ДГОИ им. Дмитрия Рогачева" Минздрава России) Способ количественной оценки степени перегрузки железом печени у детей

Also Published As

Publication number Publication date
CN101460199A (zh) 2009-06-17
WO2007113721A3 (en) 2009-02-19
WO2007113721A2 (en) 2007-10-11
TW200806327A (en) 2008-02-01
US20090111140A1 (en) 2009-04-30
CN101460199B (zh) 2011-06-08
EP2004242A2 (en) 2008-12-24
JP2009531705A (ja) 2009-09-03
RU2008143199A (ru) 2010-05-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2434645C2 (ru) Системы и методы измерения клеток, использующие ультракороткую т2*-релаксометрию
Merboldt et al. Self-diffusion NMR imaging using stimulated echoes
Menon et al. 4 Tesla gradient recalled echo characteristics of photic stimulation‐induced signal changes in the human primary visual cortex
van Dusschoten et al. Unraveling diffusion constants in biological tissue by combining Carr‐Purcell‐Meiboom‐Gill imaging and pulsed field gradient NMR
Busch et al. Measurements of T1‐relaxation in ex vivo prostate tissue at 132 μT
US6804546B1 (en) Multiple contrast echo-planar imaging for contrast-enhanced imaging
US20090227860A1 (en) Mr method for the quantitative determination of local relaxation time values
US7719269B2 (en) System and method for fast MR imaging of metabolites at selective excitation frequencies
US7064545B2 (en) Method and apparatus of background suppression in MR imaging using spin locking
WO2010048708A1 (en) System and method for magnetic resonance imaging
CA2417724A1 (en) Method of magnetic resonance investigation of a sample using a nuclear spin polarised mr imaging agent
US9149203B2 (en) Blood signal suppressed enhanced magnetic resonance imaging
Kobayashi et al. SWIFT MRI enhances detection of breast cancer metastasis to the lung
Rommel et al. Volume‐selective determination of the spin‐lattice relaxation time in the rotating frame, T1ρ, and T1ρ, imaging
Does et al. Complications of nonlinear echo time spacing for measurement of T 2
EP1118009A1 (en) Method of magnetic resonance imaging
Wheaton et al. T2ρ‐weighted contrast in MR images of the human brain
US7667460B2 (en) Distinguishing bound and unbound contrast agents using magnetic resonance
US7206629B2 (en) Method for implementing a dynamic magnetic resonance measurement with the application of a contrast agent
Degaonkar et al. Sequential diffusion‐weighted magnetic resonance imaging study of lysophosphatidyl choline‐induced experimental demyelinating lesion: An animal model of multiple sclerosis
Mazaheri et al. Measurements of tissue T1 spin-lattice relaxation time and discrimination of large draining veins using transient EPI data sets in BOLD-weighted fMRI acquisitions
Merboldt et al. NMR imaging of restricted diffusion
Mahon et al. The mysterious needle in the heart: a case report
Seo Evaluation Study of T1 Relaxation Time via Contrast Agent Molarity and Magnet Field Strength in MR
Neuder A study of blood-brain barrier permeability variations in vivo using magnetic resonance imaging.

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20130323