Supplement for Development and Translation of Specialized Hyperpolarized C-13 MRI Methods for Alzheimer's Disease

阿尔茨海默病专用超极化 C-13 MRI 方法开发和转化的补充

基本信息

项目摘要

Project Summary/Abstract The parent Bioengineering Research Partnership has been highly successful over the past 8 years in developing quantitative, hyperpolarized (HP) stable-isotope MR molecular imaging approaches for monitoring prostate cancer metabolic reprogramming and response to therapy in a fast 2-minute addition to standard mpMRI exams. Our Alzheimer’s Disease (AD) colleagues now want to take advantage of the unique HP MRI measurements of cerebral energy metabolism that is critical for brain function and known to decrease with AD onset. This project has been developed by our AD multidisciplinary team to develop HP pyruvate and urea MRI as a quantitative imaging approach to probe cerebral perfusion and metabolic impairment in AD and related dementias that are a growing public health concern with tremendous impact on patients and their families. Efforts to effectively treat AD are partially confounded by different hypotheses regarding its initiation and progression, as reflected by the range of imaging methods used to study AD, including positron emission tomography (PET) and magnetic resonance imaging (MRI). Dysfunctional glucose metabolism is strongly linked to AD as both an early and critical determinant of disease progression, and the glucose derivative [18F]Fluorodeoxyglucose (FDG) has been widely used to probe cerebral metabolism in AD patients. While this may reflect a decrease in glucose demand, it only informs on uptake and does not provide accurate information on glycolytic metabolism that decreases with AD. Furthermore, FDG-PET has significant limitations in accessibility, cost, and accuracy, and provides no information on metabolic processes downstream of glucose uptake and phosphorylation. The central goal of this supplement proposal is to develop and apply methods of measuring impaired metabolism in AD for the first time using advanced HP C-13 MRI. HP pyruvate MRI is an emerging molecular imaging method that provides dynamic and pathway-specific metabolic information not available with FDG-PET. In the parent BRP, we have developed methods to greatly improve the coverage, speed, and reliability of HP metabolic imaging and techniques to co-polarize pyruvate and urea to simultaneously assess metabolism and perfusion in the prostate. This supplement is designed to extend this approach to measure metabolic impairment in AD. Specialized techniques will be developed to acquire co-polarized data using [2-13C]pyruvate and [13C]urea, providing simultaneous assessment of perfusion, glycolysis, and oxidative metabolism in the human brain. These techniques will then be applied to an initial cohort of patients with mild cognitive impairment (MCI) due to AD and compared to age-matched controls to assess the magnitude of metabolic changes in AD. The data from this pilot project will form the foundation for larger studies to evaluate HP 13C MRI as a tool for clinical assessment and treatment of AD and will have broad applicability for metabolic assessment of other neurogenerative diseases.
项目概要/摘要 母公司生物工程研究合作伙伴在过去 8 年里在开发 用于监测前列腺的定量、超极化 (HP) 稳定同位素 MR 分子成像方法 除了标准 mpMRI 检查外,还可在 2 分钟内快速了解癌症代谢重编程和治疗反应。 我们的阿尔茨海默病 (AD) 同事现在希望利用独特的 HP MRI 测量 脑能量代谢对于大脑功能至关重要,并且已知会随着 AD 的发作而减少。 由我们的 AD 多学科团队开发,用于开发 HP 丙酮酸和尿素 MRI 作为定量方法 成像方法探测 AD 和相关痴呆症的脑灌注和代谢损伤,这是一种 日益增长的公共卫生关注对患者及其家人的有效治疗产生了巨大影响。 AD 的发生和进展的不同假设部分地混淆了 AD,如 用于研究 AD 的一系列成像方法,包括正电子发射断层扫描 (PET) 和磁 磁共振成像 (MRI) 功能失调的葡萄糖代谢与 AD 密切相关,既是早期的也是关键的。 葡萄糖衍生物[18F]氟脱氧葡萄糖(FDG)已被广泛认为是疾病进展的决定因素 用于探测 AD 患者的脑代谢虽然这可能反映了葡萄糖需求的减少,但这只是。 告知摄取情况,但不提供随 AD 降低的糖酵解代谢的准确信息。 此外,FDG-PET 在可及性、成本和准确性方面具有显着的局限性,并且不提供 有关葡萄糖摄取和磷酸化下游代谢过程的信息。 该补充提案的中心目标是开发和应用测量代谢受损的方法 首次在 AD 中使用先进的 HP C-13 MRI HP 丙酮酸 MRI 是一种新兴的分子成像方法。 提供母体中 FDG-PET 无法提供的动态和途径特异性代谢信息。 BRP,我们开发了大大提高HP代谢的覆盖范围、速度和可靠性的方法 共极化丙酮酸和尿素的成像和技术,以同时评估代谢和灌注 该补充剂旨在扩展这种方法来测量 AD 的代谢损伤。 将开发专门技术来使用[2-13C]丙酮酸盐和[13C]尿素获取共极化数据, 同时评估人脑的灌注、糖酵解和氧化代谢。 然后,技术将应用于最初的一组因 AD 和轻度认知障碍 (MCI) 导致的患者 与年龄匹配的对照进行比较,以评估 AD 代谢变化的程度。 该项目将为更大规模的研究奠定基础,以评估 HP 13C MRI 作为临床评估和诊断的工具。 AD 的治疗,并将广泛适用于其他神经生成疾病的代谢评估。

项目成果

期刊论文数量(10)
专著数量(0)
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专利数量(0)
Optimization in the space domain for density compensation with the nonuniform FFT.
  • DOI:
    10.1016/j.mri.2023.03.003
  • 发表时间:
    2023-03
  • 期刊:
  • 影响因子:
    2.5
  • 作者:
    Nicholas Dwork;Daniel O’Connor;Ethan M. I. Johnson;C. Baron;J. Gordon;J. Pauly;P. Larson
  • 通讯作者:
    Nicholas Dwork;Daniel O’Connor;Ethan M. I. Johnson;C. Baron;J. Gordon;J. Pauly;P. Larson
Using a local low rank plus sparse reconstruction to accelerate dynamic hyperpolarized 13C imaging using the bSSFP sequence.
使用局部低秩加稀疏重建来加速使用 bSSFP 序列的动态超极化 13C 成像。
Di-chromatic interpolation of magnetic resonance metabolic images.
  • DOI:
    10.1007/s10334-020-00903-y
  • 发表时间:
    2021-03
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Dwork N;Gordon JW;Tang S;O'Connor D;Hansen ESS;Laustsen C;Larson PEZ
  • 通讯作者:
    Larson PEZ
Hyperpolarized Metabolic MRI-Acquisition, Reconstruction, and Analysis Methods.
  • DOI:
    10.3390/metabo11060386
  • 发表时间:
    2021-06-14
  • 期刊:
  • 影响因子:
    4.1
  • 作者:
    Larson PEZ;Gordon JW
  • 通讯作者:
    Gordon JW
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