빠른 스캔 전자 스핀 공명 이미징 생리 학적으로 중요 매개 변수에 대한 새로운 길을 엽니 다<em> 생체</em
Summary
새로운 전자 상자성 공명 (EPR) 방법, 빠른 스캔 EPR (RS-EPR)는, 기존의 연속파 (CW) 기술보다 우수하고 생체 내 이미징을위한 새로운 장소를 엽니 다 2D 스펙트럼 공간 영상에 대한 설명된다. 결과 250 MHz에서 입증되지만, 기술은 주파수에서 적용 가능하다.
Abstract
우리는 산소 농도, 산도, 산화 환원에 대한 생체 내 조건 하에서 정량 정보를 제공 할 수있는 빠른 주사 전자 상자성 공명 (RS-EPR)를 사용하여 250 MHz에서 안정 라디칼 리포터 분자의 2 차원 스펙트럼 공간적 이미징 우수한 방법을 보여 상태 및 신호 분자의 농도 (즉, OH •, • NO). 는 RS-EPR 기술 표준 연속파 (CW) 기법에 비해 더 높은 감도가 향상된 공간적 해상도 (1 ㎜) 및 짧은 획득 시간을 갖는다. 팬텀 구성 다양한 1~6 mm로 변화하는 공간적 해상도, 16 μT (160 mg)을 5 (MT 50 G)에 이르는 리포터 분자의 스펙트럼 폭을 테스트 하였다. 빠른 스캔 EPR 효과는 신호 증가 더 많은 전력이 포화하기 전에, 스핀 시스템에 입력 할 수 있도록하는 동안 가교 고리 쌍봉 공진기 여진 및 검출, 노이즈 저감을 분리시킨다. 이종래 CW EPR 실험에서보다 실질적으로 더 높은 신호 대 잡음비로 이끈다.
Introduction
다른 의료 영상의 양식을 기준으로, 전자 상자성 공명 영상 (EPRI)는 정량적으로 이미지의 확산의 pH를 1-3, 포 (2) 4-7 온도 (8), 관류와 조직 (9)의 생존, microviscosity 용이성을 포함하여 생리 학적 특성에 유일하게 할 수있다 작은 분자 (10) 및 산화 스트레스 11. 조직에서 글루타치온 (GSH) 세포 (12, 13)에 의해 이황화 분열의 용이성의 평가는 산화 환원 상태를보고 할 수 있습니다. 이러한 주파수는 강도가 유전 손실 효과에 의해 감소되지 않는 작은 동물 용 화상을 생성하는 (수 cm까지) 조직 침투에 충분한 깊이를 제공하기 때문에 생체 내 이미징, 250 MHz 및 1 GHz의 사이의 주파수 범위에서 EPR가 선택된다. 예컨대 9.5 GHz의 14 (X 대역), 17 기가 헤르쯔 (K 유 – 밴드) (15, 16)와 같은 높은 주파수는, 피부, 모발 또는 단일 세포의 영상화에 사용할 수각각. 모든 주파수에서 EPRI의 성공은 자신의 위치와 운명 이미징 될 수 있도록 조직에 대한 특정 상자성 스핀 프로브에 따라 달라집니다.
전자 스핀 프로브의 환경이 공간적으로 불균일 경우 EPR 스펙트럼은 모든 위치의 기여의 합계이다. 스펙트럼 – 공간 영상은 작은 공간 세그먼트의 배열로 샘플의 볼륨을 분할하고,이 세그먼트 (17)의 각각에 대한 EPR 스펙트럼을 계산합니다. 이것은 EPR 스펙트럼의 공간적 변화를 측정하여 로컬 환경을 맵핑 할 수있다. 자기장 기울기는 돌기라고 EPR 스펙트럼으로 공간 정보를 인코딩하기 위해 사용된다. 스펙트럼 – 공간 이미지는이 돌기 (18, 19)에서 재구성된다.
RS-EPR에서 자기장 (그림 2) (20, 21) 전자 스핀 완화 시간에 짧은 상대를하는 시간에 공명을 통해 스캔됩니다. 디 빠른 주사 신호 econvolution 종래 제 파생 CW 스펙트럼의 첫번째 적분 동등 흡수 스펙트럼을 제공한다. 스핀 시스템 응답을 모두 흡수 및 분산 성분이 측정되도록 빠른 주사 신호는 직교 검출된다. 이것은 본질적으로 두 단위 시간당 데이터 양을 수집한다. 더 높은 전력이 포화에 대한 걱정없이 사용할 수 있도록 빠른 스캔 실험 신호의 채도는 CW에 대한보다 높은 전력에서 발생한다. (20, 22)은 더 많은 평균화 CW에 비해 단위 시간당 수행 될 수있다. 높은 전력 직접 직교 검파 및 단위 시간 당 평균보다 높은 품질의 이미지를 초래 특히, 공간 분리를 정의 높은 경사 돌기에서 빠른 스캔 더 나은 신호 대 잡음비 (SNR)를 제공하기 위해 결합한다. 빠른 스캔 23로 CW에 대한 한 약 10 시간을 필요로하는 팬텀의 이미지에 대해 동일한 SNR에 대해 달성했다.
텐트 "> 증가 된 SNR은와 OH의 반응에 의해 형성된 저농도 스핀 트랩 부가 물 250 MHz에서 실험을 허용 5-tert- 부 톡시 -5- 메틸 -1- pyrroline- N의 옥 시드 (BMPO-OH) 될 이황화 링커로 연결된 CW 방법 (24)에 눈에 보이지 않는. Dinitroxides은 글루타티온에 의해 분열에 민감한, 그래서 세포의 산화 환원 상태를보고 할 수 있습니다. 균형이 존재의 디 – 및 모노 급진적 인 형태 사이에, 글루타티온 존재의 농도에 의존한다. 이러한 변화를 관찰하면 전체 5 mT 내지 넓은 범위의 촬영이 필요하고, 실험 CW 자계 스테핑에 비해 빠른 스캔 EPR 훨씬 빨리 달성 될 수있다.분광계 메인 계자 자석, 빠른 주사 코일 드라이버 및 신속한 스캔 간 루프 공진기 전체 신속한 검사 시스템은 네 개의 부분으로 구성된다. 메인 제만 필드 설정 분광계 및 CW 실험에서와 같은 메인 계자 함수상기 공진기로부터의 데이터를 수집. 빠른 스캔 코일 드라이버는 빠른 스캔 크로스 루프 공진기에 특별히 디자인 된 빠른 스캔 코일에 들어가는 사인 스캔 전류를 생성한다. 빠른 스캔 간 루프 공진기에 급속 주사 코일 (3) 및 15 kHz에서 주파수 스위프 큰 균일 한 자기장을 생성한다.
Protocol
Representative Results
Discussion
신속한 스캔 신호는 CW보다 높은 주파수 성분을 가지며, 선폭, 완화 시간에 따라 크게 공진 대역폭 및 급속 주사 속도를 요구한다. 특정 실험에 필요한 대역폭은 선폭 자계 (식 2)의 스캔 속도에 기초한다. 연구중인 프로브의 완화 시간에 따라서 (T 2, T * 2), 및 주사 속도는 발진 신호의 트레일 링 에지에 나타날 수있다. 250 MHz에서 T 2 ~ 500 나노초과 질산화물 라디칼를 들어 (자…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
NIH에 의해 작품의 부분적인 지원은 GRE, 하워드 J. Halpern, PI에 NIBIB의 EB002807 및 CA177744 (GRE와 SSE)와 P41의 EB002034을 부여하고, 덴버 대학에서 기꺼이 인정한다. 마크 Tseytlin은 NIH R21 EB022775, NIH K25 EB016040, NIH / NIGMS U54GM104942에 의해 지원되었다. 저자는 mHCTPO의 합성 산도 민감한 TAM 라디칼의 합성 오하이오 주립 대학에서 지금은 웨스트 버지니아 대학의 발레리 Khramtsov, 및 Illirian Dhimitruka에 감사, 메릴랜드 대학의 제럴드 로젠 조셉 카오에 , proxyl, BMPO 및 nitronyl 라디칼.
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 |
Referências
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