高速走査電子常磁性共鳴イメージング生理学的に重要なパラメータのための新しい道を開きます。<em>インビボ</em
Summary
新しい電子常磁性共鳴（EPR）法、高速走査EPR（RS-EPR）は、従来の連続波（CW）技術に優れており、in vivoイメージングのための新しい会場を開き、2Dスペクトル空間イメージングのために実証されています。結果は、250 MHzで実証されていますが、技術は、任意の周波数においても適用可能です。
Abstract
我々は、酸素濃度、pH、酸化還元のインビボ条件下で定量的な情報を提供することができ、迅速な走査電子常磁性共鳴（RS-EPR）を用いて250 MHzで安定なラジカルレポーター分子の二次元スペクトル空間イメージングの優れた方法を示しますステータスとシグナル伝達分子の濃度（ すなわち、OH•、•NO）。 RS-EPR技術は、標準的な連続波（CW）手法と比較して、より高い感度、改善された空間分解能（1 mm）で、短い取得時間を有します。ファントムの種々の構成は、1〜6 mmまで変化する空間分解能、及び16μT（160 mg）を5 MT（50 G）の範囲のレポーター分子のスペクトル幅で、試験されました。高速走査効果はEPR信号を増加させ、より多くの電力が飽和する前に、スピン系に入力することを可能にする一方で、クロスループバイモーダル共振器は、ノイズを低減し、励起および検出を切り離します。この従来のCW EPR実験におけるよりも実質的に高い信号対雑音比をもたらします。
Introduction
他の医療イメージングモダリティに比べて、電子常磁性共鳴イメージング（EPRI）は定量的に画像の拡散のpHは1-3、PO 2 4-7、温度8、灌流および組織9の生存性、微小粘度と使いやすさなどの生理学的特性をに一意ことができ、小分子10と酸化ストレス11。組織および細胞12,13中のグルタチオン（GSH）によるジスルフィド切断の容易さの推定は、酸化還元状態に報告することができます。これらの周波数は、強誘電体損失の影響によって減少されない小動物用画像を生成する（数cmまで）組織浸透の十分な深さを提供するため、 インビボイメージングのために、250 MHzから1GHzの間の周波数範囲内のEPRが選択されます。このような9.5 GHzの14（Xバンド）および17 GHzの（K uは -band）15,16のような高い周波数では、肌や髪または単一細胞のイメージングのために使用することができます、それぞれ。すべての周波数でEPRIの成功は、その場所と運命を画像化することができるように、組織に特異的である常磁性スピンプローブによって異なります。
電子スピンプローブの環境が空間的に不均一である場合には、EPRスペクトルは、すべてのロケーションからの寄与の和です。スペクトル空間イメージングは、小さな空間のセグメントの配列内に試料の量を分割し、これらのセグメント17のそれぞれのためのEPRスペクトルを計算します。これは、EPRスペクトルの空間的変化を測定することにより、ローカル環境のマッピングを可能にします。磁場勾配は、突起と呼ばれるEPRスペクトルに空間情報を符号化するために使用されます。スペクトル空間画像は、これらの突起18,19から再構築されます。
RS-EPRに磁界がスピン緩和時間（ 図2）20,21 を電子する短い相対時間で共振を通って走査されます。 D迅速なスキャン信号のeconvolutionは、従来の第1微分CWスペクトルの第1の積分に相当する、吸収スペクトルを与えます。スピン系の応答の両方の吸収および分散成分が測定されるように、迅速な走査信号が直角位相で検出されます。これは本質的に二度の単位時間当たりのデータ量を収集しています。高出力が飽和を気にすることなく使用することができるように、迅速なスキャン実験における信号の飽和は、CWよりも高いパワーで起こる。20,22多くの複数の平均値は、CWと比較して単位時間当たりに行うことができます。高電力、直接直交検波や単位時間当たりの平均値は、高品質の画像をもたらす、特に空間的な分離を規定する高勾配突起で、迅速なスキャンをより良い信号対雑音比（SNR）を得るために結合します。迅速なスキャン23用としてCWで約10倍の長に必要なファントムの画像についても同様のSNRについて達成するために。
テント">増加したSNRはまたでOHとの反応によって形成された低濃度のスピントラップ付加物と250 MHzでの実験を可能にする5-tert-ブトキシカルボニル5-メチル-1- pyrroline- Nのオキシド（BMPO-OH）となりますジスルフィドリンカーに接続されたCW方式24には見えない。Dinitroxidesは、グルタチオンによる切断に感受性であるので、細胞の酸化還元状態に報告することができます。平衡が存在し、ジ-およびモノラジカル形の間、グルタチオン存在の濃度に依存します。これらの変化を観察すると、全体の5 mTの広いスペクトルの取得を必要とし、CW実験に磁界をステッピングに比べて迅速なスキャンのEPRとはるかに高速を達成することができます。分光計、主磁場マグネット、高速走査コイルドライバ、および迅速なスキャンクロスループ共振器：完全な高速走査システムは、4つの部分から構成されます。分光器と主磁場マグネット機能CW実験と同様に、メインゼーマンフィールドを設定します共振器からのデータを収集。高速走査コイルドライバは、高速走査クロスループ共振器に特別に設計された高速走査コイルに入る正弦波スキャン電流を生成します。ラピッドスキャンクロスループ共振器の迅速な走査コイル3と15kHzの間の周波数で掃引され、大きな均一な磁場を発生させます。
Protocol
Representative Results
Discussion
迅速なスキャン信号はCWよりも高い周波数成分を有する、より大きな線幅に応じて、共振器の帯域幅、緩和時間、及び急速スキャンの速度を必要とします。所定の実験に必要な帯域幅は、線幅と磁場（式2）の走査速度に基づいています。研究中のプローブ（T 2およびT 2 *）、および走査速度の緩和時間に応じて、振動は信号の立ち下がりエッジに表示されます。 250 MHzのT 2…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
NIHによって、この作品の部分的なサポートは、GRE、ハワードJ.ハルパーン、PIにNIBIBのEB002807とCA177744（GREおよびSSE）とP41のEB002034を付与し、デンバー大学が感謝して承諾されます。マークチェイトリンは、NIH R21 EB022775、NIH K25 EB016040、NIH / NIGMS U54GM104942によってサポートされていました。著者はmHCTPOの合成のためのpH感受性TAMラジカルの合成のためのオハイオ州立大学の今ウェストバージニア大学のヴァレリーKhramtsov、およびIllirian Dhimitrukaに感謝している、とメリーランド大学のジェラルド・ローゼンとヨセフ花王へ、PROXYL、BMPO及びニトロニル基です。
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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