Thesis (Ph. D.)--Duke University, 2007.

Epidemiological and observational evidence suggests that obesity is related to poor Fe status. To determine interactions between obesity, dietary Fe intake and Fe status; male, weanling C57BL/6J mice were fed either high fat diets to induce obesity or a standard diet for 16 weeks. Fe concentrations of both the high fat or control diet (4.5 vs 3.8 kcal/g) were set at: 5, 50 or 500 mg Fe/kg diet. Mice fed the high fat diets had significantly higher percentage body fat (17.9%) compared to mice fed control diets (5.3%, P<0.001). Among obese mice, dietary Fe levels did not significantly influence body composition. Conversely among lean mice, mice fed the iron excessive diet had significantly less fat mass when compared to mice fed the iron deficient diet (P<0.05). Obesity and/or dietary Fe concentration did not significantly affect plasma Fe levels. ANOVA analysis showed significant effects of diet-induced obesity, dietary Fe and an interaction between both factors on liver Fe levels (P< 0.05). Obese mice had significantly lowered liver Fe levels compared to lean cohorts fed the same amount of dietary Fe (P<0.05 for all comparisons). Moreover, lean mice fed the Fe deficient diet (5 mg Fe/kg diet) had similar liver Fe levels (127 mg Fe/kg ± 0.04) compared to obese mice fed the 50 mg Fe/kg diet (132 mg Fe/kg ± 0.05). These data suggest that obesity, independent of dietary Fe intake, influences liver Fe stores.

Thesis (Ph.D.) - University of Queensland, 2005. / Includes bibliography.

Este trabalho consistiu no desenvolvimento de um sistema para medir a magnetização de amostras paramagnéticas e diamagnéticas em grandes volumes. Sua principal aplicação tem sido a medida susceptométrica do tecido hepático para a quantificação da sobrecarga de ferro no fígado. Esse excesso de ferro no corpo é comum em pacientes talassêmicos e falcêmicos, que são regularmente submetidos a transfusões de sangue e, em pacientes com hemocromatose. Em pessoas normais, esse depósito de ferro pode conter entre 0,1 e 0,5 mg de ferritina (ftn) por grama de tecido úmido (mg ftn/gtecido úmido). Quando com sobrecarga, pode alcançar até 30 mg ftn/gtecido úmido. A contribuição diamagnética devido à presença dos tecidos biológicos (água, pele, gordura, músculo, nervo, osso, etc) é equivalente à contribuição paramagnética devido à presença de, aproximadamente, 6 mg ftn/gtecido úmido distribuídos no tecido hepático. Essa intensa contribuição diamagnética foi sensivelmente reduzida com o uso de uma bolsa de água acoplada ao torso. Medidas in vitro foram realizadas num phantom, composto de um tubo cilíndrico de acrílico preenchido com água e uma esfera de plástico, acoplada internamente ao cilindro, preenchida com solução de Fe3+. O volume cilíndrico representa os tecidos e o esférico representa o fígado. Medidas in vivo foram realizadas com duas modalidades: com e sem o uso da bolsa de água sobre o torso. Essas medidas foram efetuadas em voluntários assintomáticos e pacientes talassêmicos sob tratamento no Hemocentro de Ribeirão Preto (HRP). A medida da magnetização foi realizada com um gradiômetro axial de segunda ordem, acoplado a um SQUID-RF. A amostra foi magnetizada com um campo magnético AC e homogêneo. Os resultados confirmaram a sensibilidade da técnica para quantificar níveis de ferro hepático em pacientes com sobrecarga, com eficiência de diferenciar níveis equivalentes àqueles encontrado(s) em pessoas normais. A automatização da instrumentação e a aquisição dos dados foram feitas em ambiente LabView e as simulações dos modelos, apresentadas juntamente com os processamentos dos sinais, foram realizadas em ambiente MatLab. / This work consisted in the development of a system to measure the magnetization of large paramagnetic and diamagnetic samples. The main application was susceptometric measurements of the hepatic tissue for quantification of the iron overload. Iron excess is commonly observed in thalassemic and sickle cell anemia patients who have repeatedly received red blood cell transfusions for prevention or treatment of chronic complications and in patients with hemocromatosis. In normal subjects, iron concentration is usually between 0.1 and 0.5 mg of ferritin by gram of wet tissue (mg ftn/gwet tissue). However, in individuals with the above diseases, it can reach up to 30 mg ftn/gwet tissue. The diamagnetic contribution due to the presence of biological tissues (water, skin, fat, muscle, nerve, bone, etc) is equivalent to the paramagnetic contribution due to the presence of approximately 6 mg ftn/gwet tissue distributed in the hepatic tissue. This intense diamagnetic contribution was makedly reduced by using a water bag coupled to the subject’s torso. Measurements in vitro were performed in a phantom composed of a cylindrical acrylic tube, filled with pure water containing a plastic sphere placed off axis to simulate the liver position. The sphere was filled with a Fe3+ solution to simulate different iron concentration present in the liver. Measurements in vivo were performed in thalassemic patients undergoing treatment at the Hemocentro de Ribeirão Preto (HRP) and in normal subjects using two different modalities: with and without the use of the water bag on the torso. The measurements of the magnetization were made using a second order axial gradiometer coupled to a RF SQUID. The sample was magnetized using a homogeneous AC magnetic field. The results confirmed the sensitivity of the technique to quantify levels of hepatic iron in patients with overload, with efficiency of differentiating iron levels equivalent to that found in normal subjects. Automation of instrumentation and data acquisition were done in LabView (National Instruments) and susceptometric models simulations and the signal processing were done in MatLab environment.

Em pacientes com doenças relacionadas à sobrecarga de ferro, a contínua quantificação dos níveis de ferro no corpo é necessária. O método biosusceptométrico se apresenta como uma alternativa confiável em relação aos métodos tradicionais devido ser uma medição direta do ferro no fígado não invasiva. O sistema biosusceptométrico desenvolvido no nosso grupo de pesquisa (Biomag) foi analisado, verificado e tornou-se funcional em uma nova localização. Primeiramente foram feitas medições de estabilidade do sinal, avalição da resposta susceptométrica com a utilização de um phantom, avaliação da variabilidade do fator de calibração no tempo; assim como, medidas da resposta susceptométrica para soluções de cloreto férrico (Fe Cl3 6H2 o). Assim, verificando-se o correto funcionamento do equipamento. Foram realizadas medidas biosusceptométricas em 13 voluntários assintomáticos; na segunda parte, foram realizadas medidas em 48 pacientes com doenças relacionadas à sobrecarga de ferro no fígado (talassemia e anemia falciforme). Com os dados coletados foi possível calcular o fator de correção necessário para o cálculo da concentração de ferro nos pacientes; além disso, notar a dependência da contribuição do fluxo magnético do paciente com o raio do torso. Foi estimado que o erro na medida na concentração do ferro hepático para medidas in vivo é de 0,244 mgFe/gwt. Medições em nanopartículas magnéticas (Mn Fe2 O4-citrate) foram feitas para soluções com diferentes concentrações, com dois métodos de medida diferentes. Os resultados mostram o potencial do biosusceptômetro para detectar e localizar nanopartículas magnéticas dentro do corpo humano, ou a quantificação da concentração em soluções, com uma calibração prévia do equipamento / In patients with diseases related with iron overload, the continuous measurement of iron levels in the body is required. The biosusceptometric method presents itself as a reliable alternative to traditional methods because it is a non-invasive direct measurement of iron in the liver. The biosusceptometric system developed in our research group (Biomag) was analysed, verified and became functional at a new location. First, measurements of signal stability were done, evaluation of susceptometric response with the use of a phantom, variability evaluation of calibration factor; as well as measurements of solutions of ferric chloride (Fe Cl3 6H2o). Thus, verifying the correct operation of the equipment. In the first part of in vivo measurements, biosusceptometric measurements were performed in 13 asymptomatic volunteers; in the second part, measurements were performed in 48 patients with diseases related to iron overload in the liver (thalassemia and sickle cell disease). With the collected data it was possible to calculate the correction factor necessary for the calculation of the iron concentration in patients; additionally, a dependence of the magnetic flux with the patient\'s torso radius was found. The error in the in vivo measurement of liver iron concentration was estimated in 0.244 $mgFe/gwt. Measurements on magnetic nanoparticles (Mn Fe2 O4-citrate) were made in solutions with different concentrations, with two different methods of measurement. The results show the potential of the biosusceptometer to detect and locate magnetic nanoparticles within the human body or the quantification of the concentration of solutions with a prior calibration of the equipment

Este trabalho consistiu no desenvolvimento de um sistema para medir a magnetização de amostras paramagnéticas e diamagnéticas em grandes volumes. Sua principal aplicação tem sido a medida susceptométrica do tecido hepático para a quantificação da sobrecarga de ferro no fígado. Esse excesso de ferro no corpo é comum em pacientes talassêmicos e falcêmicos, que são regularmente submetidos a transfusões de sangue e, em pacientes com hemocromatose. Em pessoas normais, esse depósito de ferro pode conter entre 0,1 e 0,5 mg de ferritina (ftn) por grama de tecido úmido (mg ftn/gtecido úmido). Quando com sobrecarga, pode alcançar até 30 mg ftn/gtecido úmido. A contribuição diamagnética devido à presença dos tecidos biológicos (água, pele, gordura, músculo, nervo, osso, etc) é equivalente à contribuição paramagnética devido à presença de, aproximadamente, 6 mg ftn/gtecido úmido distribuídos no tecido hepático. Essa intensa contribuição diamagnética foi sensivelmente reduzida com o uso de uma bolsa de água acoplada ao torso. Medidas in vitro foram realizadas num phantom, composto de um tubo cilíndrico de acrílico preenchido com água e uma esfera de plástico, acoplada internamente ao cilindro, preenchida com solução de Fe3+. O volume cilíndrico representa os tecidos e o esférico representa o fígado. Medidas in vivo foram realizadas com duas modalidades: com e sem o uso da bolsa de água sobre o torso. Essas medidas foram efetuadas em voluntários assintomáticos e pacientes talassêmicos sob tratamento no Hemocentro de Ribeirão Preto (HRP). A medida da magnetização foi realizada com um gradiômetro axial de segunda ordem, acoplado a um SQUID-RF. A amostra foi magnetizada com um campo magnético AC e homogêneo. Os resultados confirmaram a sensibilidade da técnica para quantificar níveis de ferro hepático em pacientes com sobrecarga, com eficiência de diferenciar níveis equivalentes àqueles encontrado(s) em pessoas normais. A automatização da instrumentação e a aquisição dos dados foram feitas em ambiente LabView e as simulações dos modelos, apresentadas juntamente com os processamentos dos sinais, foram realizadas em ambiente MatLab. / This work consisted in the development of a system to measure the magnetization of large paramagnetic and diamagnetic samples. The main application was susceptometric measurements of the hepatic tissue for quantification of the iron overload. Iron excess is commonly observed in thalassemic and sickle cell anemia patients who have repeatedly received red blood cell transfusions for prevention or treatment of chronic complications and in patients with hemocromatosis. In normal subjects, iron concentration is usually between 0.1 and 0.5 mg of ferritin by gram of wet tissue (mg ftn/gwet tissue). However, in individuals with the above diseases, it can reach up to 30 mg ftn/gwet tissue. The diamagnetic contribution due to the presence of biological tissues (water, skin, fat, muscle, nerve, bone, etc) is equivalent to the paramagnetic contribution due to the presence of approximately 6 mg ftn/gwet tissue distributed in the hepatic tissue. This intense diamagnetic contribution was makedly reduced by using a water bag coupled to the subject’s torso. Measurements in vitro were performed in a phantom composed of a cylindrical acrylic tube, filled with pure water containing a plastic sphere placed off axis to simulate the liver position. The sphere was filled with a Fe3+ solution to simulate different iron concentration present in the liver. Measurements in vivo were performed in thalassemic patients undergoing treatment at the Hemocentro de Ribeirão Preto (HRP) and in normal subjects using two different modalities: with and without the use of the water bag on the torso. The measurements of the magnetization were made using a second order axial gradiometer coupled to a RF SQUID. The sample was magnetized using a homogeneous AC magnetic field. The results confirmed the sensitivity of the technique to quantify levels of hepatic iron in patients with overload, with efficiency of differentiating iron levels equivalent to that found in normal subjects. Automation of instrumentation and data acquisition were done in LabView (National Instruments) and susceptometric models simulations and the signal processing were done in MatLab environment.

Em pacientes com doenças relacionadas à sobrecarga de ferro, a contínua quantificação dos níveis de ferro no corpo é necessária. O método biosusceptométrico se apresenta como uma alternativa confiável em relação aos métodos tradicionais devido ser uma medição direta do ferro no fígado não invasiva. O sistema biosusceptométrico desenvolvido no nosso grupo de pesquisa (Biomag) foi analisado, verificado e tornou-se funcional em uma nova localização. Primeiramente foram feitas medições de estabilidade do sinal, avalição da resposta susceptométrica com a utilização de um phantom, avaliação da variabilidade do fator de calibração no tempo; assim como, medidas da resposta susceptométrica para soluções de cloreto férrico (Fe Cl3 6H2 o). Assim, verificando-se o correto funcionamento do equipamento. Foram realizadas medidas biosusceptométricas em 13 voluntários assintomáticos; na segunda parte, foram realizadas medidas em 48 pacientes com doenças relacionadas à sobrecarga de ferro no fígado (talassemia e anemia falciforme). Com os dados coletados foi possível calcular o fator de correção necessário para o cálculo da concentração de ferro nos pacientes; além disso, notar a dependência da contribuição do fluxo magnético do paciente com o raio do torso. Foi estimado que o erro na medida na concentração do ferro hepático para medidas in vivo é de 0,244 mgFe/gwt. Medições em nanopartículas magnéticas (Mn Fe2 O4-citrate) foram feitas para soluções com diferentes concentrações, com dois métodos de medida diferentes. Os resultados mostram o potencial do biosusceptômetro para detectar e localizar nanopartículas magnéticas dentro do corpo humano, ou a quantificação da concentração em soluções, com uma calibração prévia do equipamento / In patients with diseases related with iron overload, the continuous measurement of iron levels in the body is required. The biosusceptometric method presents itself as a reliable alternative to traditional methods because it is a non-invasive direct measurement of iron in the liver. The biosusceptometric system developed in our research group (Biomag) was analysed, verified and became functional at a new location. First, measurements of signal stability were done, evaluation of susceptometric response with the use of a phantom, variability evaluation of calibration factor; as well as measurements of solutions of ferric chloride (Fe Cl3 6H2o). Thus, verifying the correct operation of the equipment. In the first part of in vivo measurements, biosusceptometric measurements were performed in 13 asymptomatic volunteers; in the second part, measurements were performed in 48 patients with diseases related to iron overload in the liver (thalassemia and sickle cell disease). With the collected data it was possible to calculate the correction factor necessary for the calculation of the iron concentration in patients; additionally, a dependence of the magnetic flux with the patient\'s torso radius was found. The error in the in vivo measurement of liver iron concentration was estimated in 0.244 $mgFe/gwt. Measurements on magnetic nanoparticles (Mn Fe2 O4-citrate) were made in solutions with different concentrations, with two different methods of measurement. The results show the potential of the biosusceptometer to detect and locate magnetic nanoparticles within the human body or the quantification of the concentration of solutions with a prior calibration of the equipment