Hiperpolarizált 1-13C piruvát spin-rács relaxációs mágneses mezőfüggőségének mérése
Összegzés
Bemutatunk egy protokollt a 13 C-tal dúsított, hiperpolarizált vegyületek spin-rács relaxációs idejének mágneses mezőfüggőségének mérésére dinamikus magpolarizáció segítségével, gyors mező-ciklus relaxometriával. Pontosabban [1-13 C] piruváttal bizonyítottuk, de a protokoll kiterjeszthető más hiperpolarizált szubsztrátokra is.
Absztrakt
Bevezetés
A lassú spin-rács relaxáció elengedhetetlen az MRSI-vel végzett in vivo detektáláshoz. Tíz másodperc nagyságrendű spin-rács relaxációs idők (T1s) lehetségesek az alacsony gyromágneses arányú atommagok esetében az oldatban lévő kis molekulákban. Számos fizikai tényező befolyásolja a nukleáris spin-átmenet és környezete (rács) közötti relaxációhoz vezető energiaátvitelt, ideértve a mágneses térerősséget, a hőmérsékletet és a molekuláris konformációt 27. A dipoláris relaxáció szénatom helyzetű molekulákká redukálódik közvetlenül kötődő protonok nélkül, és az oldódási közeg deuterálása tovább csökkentheti az intermolekuláris dipoláris relaxációt. Sajnos a deuterált oldószerek korlátozott képességekkel rendelkeznek az in vivo relaxáció meghosszabbítására. A karbonilok vagy karbonsavak (például a piruvát) fokozott relaxációja nagy mágneses térerőknél fordulhat elő a kémiai eltolódás anizotrópiája miatt. A polarizáció utáni oldódás során a folyadékútból származó paramágneses szennyeződések gyors ellazulást okozhatnak, és kelátképzőkkel kell kerülni vagy meg kell szüntetni őket.
Nagyon kevés adat áll rendelkezésre 13 C-tartalmú vegyület relaxációjáról alacsony mezőkben, ahol a spinrács relaxációja sokkal gyorsabb lehet. Fontos azonban a T1 mérése alacsony mezőkön, hogy megértsük a relaxációt az in vivo képalkotáshoz használt szer előállításakor, mivel a hiperpolarizált kontrasztanyagokat tipikusan a DNP közeli vagy közeli eszközről juttatják a földre. Egyéb fizikai tényezők, mint például a 13 C-kal dúsított szubsztrátkoncentráció, az oldat pH-ja, a pufferek és a hőmérséklet szintén befolyásolják a relaxációt, és ezért befolyásolják a szerkészítményt. Mindezek a tényezők kritikusak a kulcsparaméterek meghatározásában a DNP oldódási folyamat optimalizálásakor és a jelveszteség nagyságának kiszámításakor, amely a minta DNP eszközről a képalkotó mágnesbe történő szállításakor jelentkezik.
A nukleáris mágneses rezonancia diszperzió (RmND) méréseit, azaz a T1 méréseket a mágneses tér függvényében, általában NMR spektrométer segítségével szerezzük be. E mérések elvégzéséhez zárási módszert lehetne alkalmazni, amikor a mintát először a spektrométerből szállítják el, hogy lazítson egy olyan mezőre, amelyet a 28, 29, 30 mágnes peremterében elfoglalt helye határoz meg, majd gyorsan átviszi az NMR mágnesbe. mérje meg a fennmaradó mágnesességét. Ha ezt a folyamatot megismételjük a mágneses mező ugyanazon pontján, de növekvő relaxációs periódusokkal, relaxációs görbét kapunk, amelyet aztán elemezhetünk a T1 becsléséhez.
Alternatív technikát használunk, amelyet gyors terep-ciklusos relaxometriának nevezünk 31, 32, 33 az NMRD-adatok megszerzéséhez. Módosítottunk egy kereskedelmi terepmotoros relaxométert (lásd Anyagtáblázat), 13 C hiperpolarizált sejtmagot tartalmazó oldatok T1 mérésére. A shuttle módszerrel összehasonlítva a terepi ciklus lehetővé teszi, hogy ez a relaxométer szisztematikusan megszerezze az NMRD adatokat a mágneses mezők kisebb tartományában (0,25 mT - 1 T). Ez úgy érhető el, hogy gyorsan megváltoztatja magát a mágneses teret, nem pedig a minta mágneses mezőben való elhelyezkedését. Ezért egy minta nagy térerősséggel mágnesezhető, alacsonyabb térerőnél "ellazítható", majd a jel maximalizálása érdekében rögzített téren (és Larmor frekvencián) szabad bomlás indukciójának megszerzésével mérhető. Ez azt jelenti, hogy a minta hőmérséklete a mérés során szabályozható, és az NMR-szondát nem kell minden egyes relaxációs mezőnél beállítani, ami az automatikus felvételt elősegíti a teljes mágneses mező tartományban.
A hiperpolarizált oldatok alacsony mágneses téren történő eloszlásának és transzportjának hatásaira összpontosítva ez a munka részletes módszertant mutat be a hiperpolarizált 13 C-piruvát spin-rács relaxációs idejének mérésére, 0,237 mT nagyságrendű mágneses mezők gyors térrelaxometriájával. 0,705 T-ig. Ennek a módszertannak a fő eredményeit már bemutattuk az [1-13 C] piruvát 34 és 13 C dúsított nátrium- és cézium-hidrogén-karbonát 35 esetében, ahol más tényezőket, például a gyökkoncentrációt és az oldódás pH-értékét is tanulmányozták.
Előfizetés szükséges. Kérjük, ajánlja a JoVE-t könyvtárosának.
Jegyzőkönyv
1. A minta előkészítése
MEGJEGYZÉS: Az 1.1–1.8. Lépéseket csak egyszer hajtják végre
MEGJEGYZÉS Kérjük, olvassa el Asztal 1 hogy jobban megértsük a következő lépésekben leírt különböző paraméterek kiválasztását és használatát. Oldódás előtt ki kell számítani a relaxométer elfordulási szögét, és fel kell állítani a relaxométert, és készen állni a hiperpolarizált oldat mérésére (lásd alább).
Előfizetés szükséges. Kérjük, ajánlja a JoVE-t könyvtárosának.
Reprezentatív eredmények
2. ábra egy példát mutat be a nagy felbontású mikrohullámú pásztázáshoz piroszavra. A bemutatott esetre ez az optimális mikrohullámú frekvencia megfelel az ábrabetétben hangsúlyozott 94,128 GHz-nek. DNP rendszerünk normálisan 93,750 GHz és 94,241 GHz tartományban képes működni 1 MHz lépésmérettel, legfeljebb 600 s polarizációs idővel és 100 mW teljesítményig. A frekvenciák teljes tartományát csak új szubsztrátok esetében vizsgálják. A 13 C-pironsavval kapcsolatos korábbi tapasztalatok alapján azonban azt várnánk, hogy az optimális frekvencia 94,127 GHz körül lesz. Ezért általában 94,117 GHz és 94,137 GHz közötti elemzési tartományt alkalmaznak, 1 MHz lépésmérettel és 300 s mintavételi idővel 50 mW teljesítmény mellett.
A 3. ábra bal oldali oszlopa bemutatja a piroszav [1-13 C] csúcsszög-kalibrálásának eredményeit, amely magában foglalja a jelmérés sorozatának megszerzését a változó RF impulzusszélesség függvényében, lineárisan meghatározva a 90-es flip-szögnek megfelelő impulzusszélességet A maximális amplitúdót biztosító impulzus szélessége 90 fokos dőlésszögnek felel meg, a nulla szinten történő áthaladás pedig 180 fokos dőlésszögnek felel meg. A két impulzusszélesség viszonyának kettőnek kell lennie.