利用超极化[1-13C]2-酮异己酸进行支链氨基酸代谢的动态13C-MRI研究：一种适用于啮齿动物和猪的多频段IDEAL螺旋成像方法

《MAGNETIC RESONANCE IN MEDICINE》：Dynamic 13C-MRI of Branched-Chain Amino Acid Metabolism Using Hyperpolarized [1-13C]2-Ketoisocaproate: A Multiband IDEAL Spiral Approach in Rodents and Pigs

动态13C-MRI策略结合多频带光谱成像与IDEAL螺旋成像技术，验证了在 phantom 和小鼠脑部成像中13C-亮氨酸代谢的高时空分辨率，并在猪肾模型中展示了代谢产物转运与分布的可视化，为非侵入性BCAA代谢研究提供可扩展框架。

　　

摘要

目的

开发并验证一种动态¹³C-MRI采集策略，用于成像由支链氨基酸转移酶（BCAT）催化的分支链氨基酸（BCAA）代谢过程，使用超极化[1-¹³C]2-酮异己酸（KIC）作为示踪剂，并评估其在大动物模型中的适用性。

方法

结合了多频谱空间激发技术和3 T下的IDEAL螺旋成像技术，以捕捉KIC向[1-¹³C]亮氨酸的转化过程。超极化KIC是通过动态核极化（dDNP）技术制备的。该方法在模拟体内条件的 phantom 中进行了验证，并应用于小鼠大脑中（小鼠大脑中的BCAT活性已被充分研究）。为了评估其临床可行性，该协议被调整用于猪肾脏——这是一种血液循环良好、肾脏生理功能与人类相似且BCAT表达水平相近的器官。

结果

phantom研究证实了光谱分离的准确性和空间定位的精确性。在小鼠实验中，多频谱IDEAL螺旋成像技术生成了与化学位移成像相当但信噪比更高的代谢图谱。1秒时间分辨率的动态成像显示，在六只小鼠中KIC向亮氨酸的转化过程具有可重复性。在猪实验中，2秒时间分辨率的成像显示KIC被肾脏血管系统吸收后进入皮质，随后亮氨酸在皮质中积累并流入腔静脉，这反映了局部代谢和转运过程。

结论

所提出的¹³C-MRI策略能够实现高效的光谱分离和高时间分辨率成像，可用于啮齿动物和猪的KIC代谢研究，为非侵入性BCAA代谢研究提供了一个可推广的框架。