چکیده
تصویربرداری ذرات مغناطیسی (MPI) یک روش تصویربرداری غیرتهاجمی و غیر یونیزه کننده برای تجسم و کمی سازی نانوذرات مغناطیسی (MNP) است. این روش به ویژه برای تصویربرداری از سلول مناسب است زیرا از پس زمینه صفر از بافت اطراف ، حساسیت بالا و وضوح مکانی و زمانی مناسب برخوردار است. مطالعات قبلی نشان داده است که رفتار مغناطیسی پویا MNPs در هنگام اتصال سلولی و داخلی سازی تغییر می کند. در این مطالعه ، ما نحوه رمزگذاری این اطلاعات در سیگنال تصویربرداری MPI را نشان می دهیم. از طریق تصویربرداری MPI می توان بین MNP های آزاد و متصل به سلول در تصاویر بازسازی شده تفاوت قائل شد. این تکنیک برای تصویربرداری و تعیین کمیت تغییراتی که در شرایط آزمایشگاهی رخ می دهد در صورت تماس MNP های آزاد با سلول ها و با گذشت زمان تحت جذب سلولی ، مورد استفاده قرار گرفت. نتایج MPI کمی با اندازه گیری رنگ سنجی محتوای آهن تأیید شد. نتایج میانگین اختلاف نسبی بین نتایج MPI و روش مرجع 23.8٪ برای تعیین مقدار MNP های متصل به سلول را نشان داد. با استفاده از این روش می توان از اولین تماس سلول MNP با جذب اطلاعات MNP در سلول ها ، اطلاعاتی در مورد پویایی جذب سلول ارائه داد.
معرفی
تصویربرداری ذرات مغناطیسی (MPI) یک روش غیرتهاجمی است که قادر به تعیین توزیع فضایی نانوذرات مغناطیسی (MNP) چه در داخل بدن و چه در شرایط in vitro1 است. MPI با دستیابی به تصویربرداری و تعیین کمیت ، پاسخ مغناطیسی دینامیکی غیر خطی MNP ها را که در معرض میدان های مغناطیسی استاتیک و پویای فوق العاده قرار گرفته با تفکیک فضایی زیر میلی متر قرار می گیرند ، بدست می آورد. هیچ سیگنال پس زمینه توسط استخوان یا بافت تولید نمی شود. در این روش از اشعه غیر یونیزه و نانو ذرات غیر سمی برای جلوگیری از آسیب بافت استفاده می شود. MPI پتانسیل زیادی را برای کاربردهای مختلف زیست پزشکی مانند آنژیوگرافی ، ردیابی سلول های بنیادی ، تشخیص بیماری های التهابی و سرطان نشان می دهد. 2،3،4،5،6،7،8،9،10،11 در بیماری های مرتبط با التهاب ، از جمله سرطان ، MNP ترجیحاً در بافت بیمار جمع می شود در نتیجه عروق نشتی و در نتیجه تصویربرداری با MRI و MPI12،13،14،15،16 امکان پذیر می شود. در بافت بیمار ، MNP به طور عمده در ماکروفاژها تجمع می یابد 17،18. این سلولهای فاگوسیتی مشخصه التهاب بافت هستند و مقدار آنها به عنوان شاخص شدت بیماری در نظر گرفته می شود 19،20،21.
پاسخ مغناطیسی تولید شده توسط MNP به شدت تحت تأثیر محیط محلی آنها قرار دارد. از این نظر ، تغییر خصوصیات مغناطیسی MNP ناشی از اثر متقابل آنها با سلول ها ، عامل مهمی برای MPI است. مطالعات قبلی با استفاده از طیف سنجی ذرات مغناطیسی (MPS) ، تغییرات رخ داده در مغناطش پویای برخی از سیستم های MNP بر اثر تعامل با سلول های زنده را توصیف و تعیین کرده است. این اثرات ممکن است توسط عوامل مختلفی از جمله تجمع ذرات در محلول اطراف ، درون ماتریکس خارج سلولی یا در محفظه های مختلف داخل سلولی ایجاد شود. "فیلتر اندازه" در حین جذب سلولی و افزایش فعل و انفعالات دو قطبی-دو قطبی ناشی از جدایی کمتر و تحرک MNP ها نیز ممکن است بر این پدیده تأثیر بگذارد 25،26،27،28. به طور معمول ، این تغییرات سیگنال منجر به بدتر شدن تصاویر MPI می شود و در نتیجه باعث کاهش حساسیت ، کاهش تفکیک فضایی و مصنوعات تصویربرداری بیشتر می شود 26،28،29،30. با این حال ، اگر الگوهای سیگنال مغناطیسی منحصر به فرد ناشی از تعامل MNP با سلول شناخته شده باشد ، می توان آنها را در بازسازی تصویر گنجانید تا این اثرات منفی را نفی یا به حداقل برساند. بعلاوه ، این امکان را برای جستجو و تفکیک این الگوهای سیگنال منحصر به فرد تولید شده توسط MNP در شرایط خاص محیطی فراهم می کند. چنین تکنیکی که به MPI چند رنگ یا چند کنتراست معروف است ، قبلاً با تفکیک سیگنالهای سیستمهای مختلف MNP تحت پارامترهای مختلف مانند دما یا گرانروی 30،31،32 نشان داده شده است.
هدف از این کار آزمایش پتانسیل تصویربرداری از داخلی سازی MNP در سلولهای زنده با MPI بود. این فرضیه مطرح شد که بر اساس سیگنالهای مغناطیسی مختلف ، توزیع ذرات MNP های آزاد در مقابل سلول را می توان با استفاده از بازسازی تصویر MPI از هم جدا کرد. علاوه بر این ، با توجه به وضوح زمانی بالای MPI ، فرایندهای درگیر در جذب سلولی MNPs تصویربرداری و کمی شدند.
مواد و روش ها
کسب MPI
تمام اندازه گیری های MPI بر اساس رویکرد نقطه بدون میدان (FFP) بر روی یک اسکنر MPI ، پیش بالینی MPI (Bruker MPI 25/50 FF) انجام شد. FFP توسط یک میدان شیب مغناطیسی استاتیک با مقاومت گرادیان 0.6 / 0.6 / 1.2 T / m (جهت x / y / z) تولید می شود. با قرار دادن میدان های درایو مغناطیسی نوسانی با دامنه میدان 12/12/12 mT و فرکانسهای 24.5 / 26.0 / 25.3 kHz ، FFP از طریق میدان دید (FOV) به اندازه 40/40/20 میلی متر در مسیر Lissajous حرکت می کند. بر اساس این تنظیمات میدان مغناطیسی و خصوصیات مغناطیسی دینامیکی غیرخطی MNP ها ، هارمونیک های بالاتر از th