1H magnetic resonance spectroscopic imaging of deuterated glucose and of neurotransmitter metabolism at 7 T in the human brain

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作者
Petr Bednařík,Dario Goranovic,Alena Svátková,Fabian Niess,Lukas Hingerl,Bernhard Strasser,Dinesh K. Deelchand,Benjamin Spurny‐Dworak,Martin Krššák,Siegfried Trattnig,Gilbert Hangel,Thomas Scherer,Rupert Lanzenberger,Wolfgang Bogner
出处
期刊:Nature Biomedical Engineering [Nature Portfolio]
卷期号:7 (8): 1001-1013 被引量:33
标识
DOI:10.1038/s41551-023-01035-z
摘要

Impaired glucose metabolism in the brain has been linked to several neurological disorders. Positron emission tomography and carbon-13 magnetic resonance spectroscopic imaging (MRSI) can be used to quantify the metabolism of glucose, but these methods involve exposure to radiation, cannot quantify downstream metabolism, or have poor spatial resolution. Deuterium MRSI (2H-MRSI) is a non-invasive and safe alternative for the quantification of the metabolism of 2H-labelled substrates such as glucose and their downstream metabolic products, yet it can only measure a limited number of deuterated compounds and requires specialized hardware. Here we show that proton MRSI (1H-MRSI) at 7 T has higher sensitivity, chemical specificity and spatiotemporal resolution than 2H-MRSI. We used 1H-MRSI in five volunteers to differentiate glutamate, glutamine, γ-aminobutyric acid and glucose deuterated at specific molecular positions, and to simultaneously map deuterated and non-deuterated metabolites. 1H-MRSI, which is amenable to clinically available magnetic-resonance hardware, may facilitate the study of glucose metabolism in the brain and its potential roles in neurological disorders. The sensitivity, chemical specificity and spatiotemporal resolution of proton magnetic resonance spectroscopic imaging at 7 T allow for the discrimination of deuterated and non-deuterated neurotransmitters and glucose metabolites in the human brain.
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