Блог

Nov 27, 2023

Характеристики и воспроизводимость гиперполяризации 13C и 15N с использованием криогена.

Научные отчеты, том 12,

Том 12 научных отчетов, номер статьи: 11694 (2022 г.) Цитировать эту статью

1208 Доступов

6 цитат

6 Альтметрика

Подробности о метриках

Описаны установка, рабочие процедуры и характеристики безкриогенного устройства для получения гиперполяризованных контрастных веществ с использованием динамической ядерной поляризации растворения (дДНП) в центре доклинической визуализации. Поляризация была оптимизирована с использованием твердотельного ЯМР-сигнала с усилением DNP для калибровки положения образца, частоты, мощности и мощности микроволнового и ЯМР-спектра, а также угла переворота. Поляризация стандартного состава с получением ~ 4 мл 60 мМ 1-13C-пировиноградной кислоты в водном растворе была количественно определена в пяти экспериментах до P(13C) = (38 ± 6) % (19 ± 1) с после растворения. Моноэкспоненциальная постоянная времени нарастания твердотельной поляризации была определена количественно как (1032 ± 22) с. Мы достигли рабочего цикла 1,5 часа, который включает загрузку образца, мониторинг нарастания поляризации, растворение и подготовку к следующему циклу. После инъекции контрастного вещества in vivo путем измерения карт метаболитов наблюдались пируват, гидрат пирувата, лактат и аланин. На основе данной последовательности работ была получена гиперполяризованная мочевина 15N (P(15N) = (5,6 ± 0,8) % (30 ± 3) с после растворения).

Магнитно-резонансная томография (МРТ) произвела революцию в современной диагностике, обеспечив анатомическую и функциональную визуализацию высокого разрешения в 3D без ионизирующего излучения1,2. Однако многие биохимические процессы in vivo до сих пор остаются без внимания наших усилий, и доступ к ним остается главной целью многих исследований.

В этом отношении гиперполяризованные контрастные вещества имеют большие перспективы, поскольку они открывают уникальное окно в метаболизм неинвазивно и in vivo. Усилив сигнал избранных, часто эндогенных молекул, можно проследить их судьбу — в течение ограниченного времени — с высоким пространственным и химическим разрешением. Эти свойства позволили идентифицировать раковую ткань до того, как опухоль стала очевидной, и помогли контролировать реакцию на лечение.

Dissolution dynamic nuclear polarization (dDNP) 10,000 times in liquid-state NMR. Proc. Natl. Acad. Sci. 100, 10158–10163 (2003)." href="/articles/s41598-022-15380-7#ref-CR3" id="ref-link-section-d1848662e516"> 3 является наиболее признанным методом гиперполяризации (ГП) биомолекул для визуализации in vivo, и он применим к людям4,5 только с гиперполяризованным ксеноном6. Другие методы HP включают грубую силу7, поляризацию, индуцированную параводородом8, химически индуцированную динамическую ядерную поляризацию9 и, для благородных газов, спин-обменную оптическую накачку10,11.

dDNP позволил поляризовать биомолекулы более чем на 50% примерно за 1 час12,13. Ядерная поляризация мишени достигается путем сначала поляризации электронного спина с использованием низких температур (≈ 1,4 К) и сильных магнитных полей (≈ 6,7 Тл). Затем электронная поляризация переводится в ядерную поляризацию с помощью взаимодействий между электронным и ядерным спином под действием электромагнитных волн, передаваемых с частотой, соответствующей разнице ларморовских частот двух задействованных электронных спинов14. Неспаренные электронные спины добавляются в виде стабильных радикалов: TEMPO15, TEMPOL или тритильных радикалов16,17 или индуцируются УФ-излучением18. Кроме того, существуют другие типы составов образцов, например HYPOP19.

Когда достигается желаемый уровень поляризации ядерного спина, замороженный образец быстро плавится, растворяется и выбрасывается из поляризатора под давлением перегретой воды, в результате чего образуется инъецируемый контрастный агент.

Overall, dDNP is a complex process combining nuclear magnetic resonance (NMR) electron spin resonance (ESR), radical chemistry, high magnetic fields, fast dissolution, and cryogenictemperatures. Making this process available for biomedical research routinely is not straight forward. Over the last decades, several experimental implementations of dDNP were presented such as a cryogen-consumption-free DNP 9.4 T polarizer20, a 129-GHz dynamic nuclear polarizer in an ultra-wide bore superconducting magnet21, a Dynamic Nuclear Polarization Polarizer for sterile Use Intent22 and a multisample 7 T dynamic nuclear polarization polarizer for preclinical hyperpolarized MR23. Moreover, a number of dDNP polarizer were commercialized: HyperSense by Oxford Instruments 10,000 times in liquid-state NMR. Proc. Natl. Acad. Sci. 100, 10158–10163 (2003)." href="/articles/s41598-022-15380-7#ref-CR3" id="ref-link-section-d1848662e608"3, SpinLab by GE and SpinAligner by Polarize24./p>

10,000 times in liquid-state NMR. Proc. Natl. Acad. Sci. 100, 10158–10163 (2003)./p>