रैपिड स्कैन इलेक्ट्रॉन समचुंबक अनुनाद इमेजिंग Physiologically महत्वपूर्ण पैरामीटर के लिए नए रास्ते खोलता है<em> Vivo</em
Summary
एक नया इलेक्ट्रॉन समचुंबक अनुनाद (EPR) विधि, तेजी से स्कैन EPR (RS-EPR), 2 डी वर्णक्रमीय इमेजिंग स्थानिक जो पारंपरिक निरंतर तरंग (सीडब्ल्यू) तकनीक से बेहतर है और इन विवो इमेजिंग के लिए नए स्थानों को खोलता के लिए प्रदर्शन किया है। परिणाम 250 मेगाहर्ट्ज पर प्रदर्शन कर रहे हैं, लेकिन तकनीक किसी भी आवृत्ति पर लागू है।
Abstract
हम तेजी से स्कैन इलेक्ट्रॉन समचुंबक अनुनाद (RS-EPR) है, जो ऑक्सीजन एकाग्रता, पीएच, redox पर इन विवो की शर्तों के तहत मात्रात्मक जानकारी प्रदान कर सकते हैं का उपयोग कर 250 मेगाहर्ट्ज पर स्थिर कट्टरपंथी संवाददाता अणुओं के 2 डी वर्णक्रम-स्थानिक इमेजिंग के एक वरिष्ठ विधि का प्रदर्शन स्थिति और संकेतन अणुओं की एकाग्रता (यानी, ओह •, सं •)। RS-EPR तकनीक मानक निरंतर तरंग (सीडब्ल्यू) तकनीक की तुलना में एक उच्च संवेदनशीलता, बेहतर स्थानिक संकल्प (1 मिमी), और छोटे अधिग्रहण का समय दिया है। प्रेत विन्यास की एक किस्म स्थानिक संकल्प 1 से 6 मिमी के लिए अलग, और रिपोर्टर 16 μT (160 मिलीग्राम) से 5 लाख टन (50 ग्राम) को लेकर अणुओं के वर्णक्रम चौड़ाई के साथ, परीक्षण किया गया है। एक क्रॉस-पाश bimodal गुंजयमान यंत्र, उत्तेजना और पता लगाने, शोर को कम करने decouples जबकि तेजी से स्कैन प्रभाव, EPR संकेत बढ़ रही है और अधिक शक्ति संतृप्ति से पहले स्पिन प्रणाली के लिए निवेश किया जा सकता है। इसपारंपरिक सीडब्ल्यू EPR प्रयोगों में से एक काफी अधिक संकेत करने वाली शोर अनुपात करने के लिए होता है।
Introduction
अन्य मेडिकल इमेजिंग तौर तरीकों के सापेक्ष, इलेक्ट्रॉन समचुंबक अनुनाद इमेजिंग (EPRI) विशिष्ट रूप से मात्रात्मक छवि को 1-3 पीएच, 2 पीओ 4-7, तापमान 8, छिड़काव और ऊतकों 9 की व्यवहार्यता, microviscosity और आसानी के प्रसार के सहित शारीरिक गुणों करने में सक्षम है छोटे अणुओं 10 और 11 oxidative तनाव। ऊतक में glutathione (GSH) और कोशिकाओं 12,13 द्वारा डाइसल्फ़ाइड दरार की आसानी के आकलन redox स्थिति पर रिपोर्ट कर सकते हैं। Vivo इमेजिंग के लिए, 250 मेगाहर्ट्ज और 1 गीगाहर्ट्ज के बीच आवृत्ति रेंज में EPR क्योंकि इन आवृत्तियों (कई सेमी तक) ऊतक प्रवेश के लिए पर्याप्त गहराई प्रदान छोटे जानवरों जिसमें तीव्रता ढांकता हुआ नुकसान प्रभाव से कम नहीं रहे हैं के लिए छवियों को उत्पन्न करने के लिए चुना है। इस तरह 9.5 गीगा 14 (एक्स-बैंड) और 17 गीगा (कश्मीर यू बैंड) 15,16 के रूप में उच्च आवृत्तियों, त्वचा और बालों या एकल कक्षों की इमेजिंग के लिए इस्तेमाल किया जा सकता, क्रमशः। सभी आवृत्तियों पर EPRI की सफलता समचुंबक स्पिन जांच जो ऊतकों इतना है कि उनके स्थान और भाग्य imaged किया जा सकता है के लिए विशिष्ट हैं पर निर्भर करता है।
यदि एक इलेक्ट्रॉन स्पिन जांच के पर्यावरण स्थानिक विषम है, EPR स्पेक्ट्रम सभी स्थानों से योगदान का योग है। स्पेक्ट्रल-स्थानिक इमेजिंग छोटे स्थानिक क्षेत्रों में से एक सरणी में नमूना की मात्रा बिताते हैं और इन क्षेत्रों में 17 से प्रत्येक के लिए EPR स्पेक्ट्रम खरीदते हैं। इस EPR स्पेक्ट्रम में स्थानिक बदलाव को मापने के द्वारा स्थानीय पर्यावरण की मैपिंग की अनुमति देता है। चुंबकीय क्षेत्र ढ़ाल EPR स्पेक्ट्रा, जो अनुमानों में कहा जाता है स्थानिक जानकारी एन्कोड करने के लिए उपयोग किया जाता है। वर्णक्रम-स्थानिक छवि के इन अनुमानों 18,19 से खंगाला है।
रुपये-EPR चुंबकीय क्षेत्र एक समय है कि इलेक्ट्रॉन स्पिन छूट गुना तक कम रिश्तेदार (चित्रा 2) 20,21 में गूंज के माध्यम से जांच होती है। डी संकेत तेजी से स्कैन की econvolution अवशोषण स्पेक्ट्रम है, जो पारंपरिक पहली व्युत्पन्न सीडब्ल्यू स्पेक्ट्रम की पहली अभिन्न के बराबर है देता है। तेजी से स्कैन संकेत, वर्ग निकालना में पता चला है कि दोनों अवशोषण और फैलाव स्पिन प्रणाली की प्रतिक्रिया के घटकों को मापा जाता है। यह अनिवार्य रूप से दो बार प्रति इकाई समय डेटा की राशि एकत्रित कर रहा है। एक तेजी से प्रयोग स्कैन में संकेत के संतृप्ति, सीडब्ल्यू लिए अधिक से अधिक शक्तियों पर होता है तो उच्च शक्तियों संतृप्ति के लिए चिंता के बिना इस्तेमाल किया जा सकता है। सीडब्ल्यू की तुलना में प्रति इकाई समय 20,22 बहुत से अधिक औसत से किया जा सकता है। उच्च शक्ति, प्रत्यक्ष वर्ग निकालना पता लगाने और प्रति इकाई समय और अधिक औसत विशेष रूप से उच्च ढाल अनुमान है कि स्थानिक जुदाई को परिभाषित पर तेजी से स्कैन एक बेहतर संकेत करने वाली शोर अनुपात (SNR) देने के लिए गठबंधन, उच्च गुणवत्ता के चित्र के लिए अग्रणी। तेजी से स्कैन 23 के लिए के रूप में सीडब्ल्यू के लिए के रूप में लंबे समय के बारे में 10 बार के लिए आवश्यक एक प्रेत की एक छवि के लिए एक ही SNR के बारे में प्राप्त करने के लिए।
तम्बू "> वृद्धि हुई SNR भी कम एकाग्रता स्पिन जाल के साथ ओह प्रतिक्रिया द्वारा गठित adducts के साथ 250 मेगाहर्ट्ज पर प्रयोगों की अनुमति देता है 5-tert-butoxycarbonyl-5-मिथाइल-1-एन pyrroline- -oxide (BMPO-OH) जो होगा एक डाइसल्फ़ाइड लिंकर के साथ जुड़े हुए सीडब्ल्यू विधि से 24 अदृश्य। Dinitroxides glutathione द्वारा दरार के प्रति संवेदनशील हैं, और इसलिए सेलुलर redox स्थिति के बारे में रिपोर्ट कर सकते हैं। संतुलन मौजूद है, glutathione वर्तमान की एकाग्रता पर निर्भर di- और मोनो कट्टरपंथी रूपों के बीच। इन परिवर्तनों को देख पूरे 5 लाख टन व्यापक स्पेक्ट्रम का कब्जा आवश्यकता है, और एक सीडब्ल्यू प्रयोग में चुंबकीय क्षेत्र के घुसने की तुलना में तेजी से EPR स्कैन के साथ बहुत तेजी से प्राप्त किया जा सकता है।स्पेक्ट्रोमीटर, मुख्य क्षेत्र चुंबक, तेजी से स्कैन तार चालक, और तेजी से स्कैन पार पाश गुंजयमान यंत्र: एक पूर्ण तेजी से स्कैन प्रणाली चार हिस्से होते हैं। स्पेक्ट्रोमीटर और मुख्य क्षेत्र चुंबक समारोह में एक सीडब्ल्यू प्रयोग के रूप में ही है, मुख्य Zeeman क्षेत्र की स्थापनाऔर गुंजयमान यंत्र से डाटा एकत्रित। तेजी से स्कैन तार चालक sinusoidal वर्तमान स्कैन है कि तेजी से स्कैन पार पाश गुंजयमान यंत्र पर तेजी से कॉयल स्कैन विशेष रूप से डिजाइन में चला जाता है उत्पन्न करता है। तेजी से स्कैन पार पाश गुंजयमान यंत्र पर तेजी से कॉयल स्कैन एक बड़ी सजातीय चुंबकीय क्षेत्र है, जो 3 और 15 किलोहर्ट्ज़ के बीच आवृत्तियों पर बह रहा है उत्पन्न करते हैं।
Protocol
Representative Results
Discussion
संकेतों रैपिड-स्कैन सीडब्ल्यू से उच्च आवृत्ति घटक है, और एक बड़ा गुंजयमान linewidths, विश्राम के समय पर निर्भर करता है बैंडविड्थ, और तेजी से स्कैन की गति की आवश्यकता होती है। बैंडविड्थ एक दिया प्रयोग के लिए आव…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
एनआईएच द्वारा इस काम का आंशिक समर्थन जीआरई, हावर्ड जे हेल्पर्न, पीआई के लिए NIBIB EB002807 और CA177744 (जीआरई और एसएसई) और P41 EB002034 अनुदान, और डेनवर विश्वविद्यालय द्वारा कृतज्ञता स्वीकार किया है। मार्क Tseytlin एनआईएच R21 EB022775, एनआईएच K25 EB016040, एनआईएच / NIGMS U54GM104942 द्वारा समर्थित किया गया। लेखकों mHCTPO के संश्लेषण के लिए पीएच संवेदनशील टैम कण के संश्लेषण के लिए वालेरी Khramtsov, अब पश्चिम वर्जीनिया विश्वविद्यालय में, और ओहियो स्टेट यूनिवर्सिटी में Illirian Dhimitruka के आभारी हैं, और गेराल्ड रोजेन और यूसुफ काओ मैरीलैंड विश्वविद्यालय में करने के लिए , proxyl, BMPO और nitronyl कण।
Materials
| 4-oxo-2,2,6,6-tetra(2H3)methyl-1-(3,3,5,5-2H4,1-15N)piperdinyloxyl (15N PDT) | CDN Isotopes | M-2327 | 98% atom 15N, 98 % atom D, Quebec Canada |
| 4-1H-3-carbamoyl-2,2,5,5-tetra(2H3)methyl-3-pyrrolinyloxyl (15N mHCTPO) | N/A | N/A | Synthesized at U.Maryland and described in Reference 29 |
| 3-carboxy-2,2,5,5-tetra(2H3)methyl-1-(3,4,4-2H3,1-15N)pyrrolidinyloxyl (15N Proxyl) | N/A | N/A | Synthesized at U.Maryland and described in reference 25 |
| 4 mm Quartz EPR Tubes | Wilmad Glass | 707-SQ-100M | |
| 4-oxo-2,2,6,6-tetra(2H3)methyl-1-(3,3,5,5-2H4)piperdinyloxyl (14N PDT) | CDN Isotopes | D-2328 | 98% atom D, Quebec Canada |
| pH sensitive trityl radical (aTAM4) | Ohio State University | N/A | Synthesized at Ohio State University and described in reference 26 |
| Potassum Phosphate, Monobasic | J.T. Baker Chemicals | 1-3246 | |
| 6 mm Quartz EPR Tubes | Wilmad Glass | Q-5M-6M-0-250/RB | |
| 8 mm Quartz EPR Tubes | Wilmad Glass | Q-7M-8M-0-250/RB | |
| 5-tert-butoxycarbonyl-5-methyl-1-pyrroline-N-oxide (BMPO) | N/A | N/A | Synthesized at U.Maryland and described in reference 30 |
| Hydrogen Peroxide | Sigma Aldrich | H1009 SIGMA | 30% |
| 16 mm Quartz EPR tube | Wilmad Glass | 16-7PP-11QTZ | |
| Medium Pressure 450 W UV lamp | Hanovia | 679-A36 | Fairfield, NJ |
| L-Glutathione, reduced | Sigma Aldrich | G470-5 | |
| Nitronyl | NA | N/A | Synthesized at U.Maryland and described in reference 31 |
| Sodium Hydroxide | J.T. Baker Chemicals | 1-3146 |
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