Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Bioengineering
Click here for the English version

Bioengineering

سرعة المسح الضوئي الكترون ممغطس الرنين تفتح آفاقا جديدة للالتصوير الناحية الفسيولوجية معلمات هام Published: September 26, 2016 doi: 10.3791/54068
Automatic Translation
1,2, 1, 3,4, 1, 5, 6, 1, 1
1Department of Chemistry and Biochemistry, University of Denver, 2Magnetic Imaging Group, Applied Physics Division, Physical Measurements Laboratory, National Institute of Standards and Technology, 3Department of Radiology, Geisel School of Medicine, Dartmouth University, 4Department of Biochemistry, West Virginia University, 5Department of Electrical and Computer Engineering, University of Denver, 6Department of Engineering, University of Denver

Summary

طريقة جديدة ممغطس الإلكترون الرنين (الثوري) وسريعة مسح الثوري (RS-EPR)، ويتضح لل2D التصوير المكاني الطيفي الذي يتفوق على الأسلوب التقليدي موجة مستمرة (CW) ويفتح مجالات جديدة للتصوير في الجسم الحي. وأظهرت النتائج في 250 ميغاهيرتز، ولكن هذه التقنية قابلة للتطبيق في أي تردد.

Abstract

ونحن لشرح طريقة متفوقة من 2D التصوير الطيفي المكاني للاستقرار الجزيئات مراسل جذرية في 250 ميغاهيرتز باستخدام السريع المسح الإلكترون ممغطس بالرنين (RS-EPR)، والتي يمكن أن توفر معلومات كمية تحت المجراة الظروف على تركيز الأكسجين، ودرجة الحموضة، الأكسدة حالة وتركيز الجزيئات يشير (أي، OH •، NO •). تقنية RS-الثوري لديها حساسية أعلى، وتحسين القرار المكانية (1 مم)، وأقصر وقت الشراء بالمقارنة مع أسلوب قياسي موجة مستمرة (CW). وقد تم اختبار مجموعة متنوعة من التشكيلات الوهمية، مع القرار المكانية متفاوتة 1-6 ملم، والعرض الطيفي للجزيئات مراسل تتراوح بين 16 μT (160 ملغ) إلى 5 طن متري (50 G). ومرنان ذات النسقين عبر حلقة على فصل الإثارة والكشف، والحد من الضوضاء، في حين أن تأثير المسح السريع يتيح المزيد من القوة ليكون مدخلا لنظام الدوران قبل التشبع، وزيادة إشارة الثوري. هذايؤدي إلى ارتفاع كبير في نسبة الإشارة إلى الضوضاء مما كانت عليه في التجارب CW الثوري التقليدية.

Introduction

بالنسبة لطرائق التصوير الطبي أخرى، والإلكترون ممغطس صدى التصوير (معهد بحوث البترول) هو فريد قادر على كميا صورة الخصائص الفسيولوجية بما في ذلك درجة الحموضة 1-3، ص 04-07 فبراير، ودرجة الحرارة 8، نضح وسلامة الأنسجة 9، microviscosity وسهولة نشر الجزيئات الصغيرة 10 و 11 الاكسدة. تقدير سهولة انشقاق ثاني كبريتيد من الجلوتاثيون (GSH) في الأنسجة والخلايا 12،13 يستطيع أن يقدم تقريرا عن حالة الأكسدة. للتصوير في الجسم الحي، يتم اختيار الثوري في مدى التردد بين 250 ميغاهيرتز و 1 غيغاهرتز لهذه الترددات توفر عمق كاف من اختراق الأنسجة (تصل إلى عدة سم) لتوليد صور للحيوانات الصغيرة التي لا تضعف شدة من آثار فقدان عازلة. ترددات أعلى، مثل 9.5 غيغاهرتز 14 (اكس باند) و 17 جيجا هرتز (ك ش باند) 15،16 يمكن استخدامها للتصوير من الجلد والشعر، أو الخلايا وحيدة، على التوالي. نجاح معهد بحوث البترول في جميع الترددات يعتمد على تحقيقات تدور ممغطس التي هي محددة لأنسجة بحيث يمكن تصوير مواقعها ومصير.

وإذا كانت البيئة لتحقيق الإلكترون تدور هي غير متجانسة مكانيا، الطيف EPR هو مجموع مساهمات من جميع المواقع. التصوير الطيفي المكانية يقسم حجم العينة إلى مجموعة واسعة من قطاعات المكانية الصغيرة ويحسب الطيف EPR لكل من هذه القطاعات 17. وهذا يسمح رسم الخرائط من البيئة المحلية عن طريق قياس التباين المكاني في الطيف الثوري. تستخدم تدرجات المجال المغناطيسي لترميز المعلومات المكانية إلى أطياف الثوري، والتي تسمى التوقعات. وأعيد بناؤها على صورة طيفية المكاني من هذه التوقعات 18،19.

في RS-الثوري يتم مسح المجال المغناطيسي من خلال الرنين في الوقت الذي هو قصيرة بالنسبة إلى الأوقات الإلكترون تدور الاسترخاء (الشكل 2) 20،21. د econvolution للإشارة المسح السريع يعطي طيف الامتصاص، وهو ما يعادل تكامل الأول من الطيف CW أولا المشتقة التقليدية. تم الكشف عن إشارة المسح السريع في التربيع، بحيث يتم قياس كل من مكونات الامتصاص وتشتت استجابة النظام زيادة ونقصان. هذا هو جمع أساسا ضعف كمية البيانات في وحدة الزمن. تشبع إشارة في تجربة المسح الضوئي السريع يحدث في القوى أعلى من الأسلحة الكيميائية، بحيث يمكن استخدام أعلى السلطات دون القلق من التشبع. 20،22 العديد من المزيد من المتوسطات يمكن القيام به في وحدة الزمن بالمقارنة مع الأسلحة الكيميائية. ارتفاع القوة، والكشف عن التربيع المباشر والمزيد من المتوسطات في وحدة الزمن تجتمع لتعطي المسح الضوئي السريع أفضل إشارة إلى نسبة الضوضاء (SNR)، وخاصة في التوقعات التدرج العالية التي تحدد الفصل المكاني، مما يؤدي إلى صور ذات جودة أعلى. ولتحقيق حول نفس SNR لصورة شبح المطلوبة حوالي 10 مرات طالما لCW بالنسبة للمسح السريع 23.

خيمة "> وزيادة SNR يسمح أيضا تجارب على 250 ميغاهرتز مع انخفاض تركيز تدور adducts فخ التي شكلتها رد فعل OH مع 5 ثالثي butoxycarbonyl-5-ميثيل-1-pyrroline- -oxide N (BMPO-OH) الذي سيكون غير مرئية للطريقة CW 24. Dinitroxides على اتصال مع رابط ثاني كبريتيد لديهم حساسية للانشقاق من الجلوتاثيون، وهكذا يمكن أن يقدم تقريرا عن حالة الأكسدة الخلوية. وجود التوازن، تعتمد على تركيز الجلوتاثيون الحاضر، بين أشكال عرق وأحادية جذري. ملاحظة هذه التغييرات تتطلب القبض على 5 طن متري بأكمله واسعة، ويمكن أن يتحقق بشكل أسرع بكثير مع المسح الضوئي السريع الثوري مقارنة يخطو الحقل المغناطيسي للأرض في تجربة الأسلحة الكيميائية.

ويتكون نظام المسح الضوئي السريع كاملة من أربعة أجزاء: مطياف، المغناطيس الملعب الرئيسي، والسريع سائق لفائف المسح الضوئي، والمسح الضوئي السريع عبر حلقة مرنان. مطياف وظيفة المغناطيس المجال الرئيسية هي نفسها كما في تجربة الأسلحة الكيماوية، وتحديد مجال زيمان الرئيسيوجمع البيانات من مرنان. سائق لفائف المسح السريع يولد الفحص الحالية الجيبية أن يذهب إلى المصممة خصيصا لفائف المسح الضوئي السريع على الفحص السريع عبر حلقة مرنان. لفائف المسح الضوئي السريع على السريع المسح مرنان عبر حلقة تولد حقل مغناطيسي متجانس واسع، والتي اجتاحت في الترددات بين 3 و 15 كيلو هرتز.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. إعداد برنامج تشغيل السريع المسح الضوئي لفائف في 250 ميغاهيرتز

  1. حساب رابيد مسح الظروف التجريبية
    ملاحظة: المعلمة الأكثر أهمية في RS-الثوري هو معدل المسح، α، الذي هو نتاج تردد المسح الضوئي والعرض الضوئي (المعادلة 3). لبعرض مسح الضيقة، وتستخدم معدلات أسرع المسح الضوئي، وبعرض تمشيط واسعة، وتستخدم أبطأ معدلات المسح الضوئي. التعليمات التالية خطوة من خلال هذه القضية الأخيرة وتظهر كيفية التوصل إلى المعلمات سائق لفائف التجريبية من 7 طن متري عرض الاجتياح و 6.8 كيلو هرتز تردد المسح الضوئي.
    1. تحديد عرض النطاق الترددي مرنان (BW احتياط).
      المعادلة 1 (1)
      حيث الخامس الدقة هي تردد التشغيل من مرنان وس هو عامل الجودة. س = 90، من الشائع للمرنان المسح السريع استخدامها للحصول على البيانات في ممثل النتائج.
    2. تحديد معدل المسح السريع، α، كلالمستحقة على عرض النطاق الترددي مرنان المعادلة 2 (2)
      المعادلة 3

      حيث N هو ثابت في كثير من الأحيان اختيار متحفظ أن تكون 5-6، ΔB ص هو linewidth مشتق من الذروة إلى الذروة في جبل، وهو معدل المسح إذا T / ق لlinewidth Lorentzian.
      ملاحظة: قيمة مشتركة لالمتطرفين في قسم التمثيلي المعادلة 4 = 0.1 طن متري. في مقارنة مع السابق السريع الأدب المسح الضوئي. مشتق المعادلة 2 عن طريق تحديد عرض النطاق الترددي إشارة (BW سيج) يساوي BW الدقة.
    3. تحديد الحد الأقصى لسرعة المسح الضوئي تردد يسمح به معدل.
      المعادلة 5 (3)
      المعادلة 6
      حيث ث هو عرض من هيئة السلع التموينيةن و f هو تردد المسح الضوئي. وهناك عرض اكتساح 7 طن متري تغطي 100٪ من الطيف للتحقيقات الحالية المستخدمة في الجسم الحي. استخدم هذه القيمة والمعدل المحسوب في (المعادلة 2) لتحديد تردد المسح الضوئي.
      المعادلة 7
  2. اختيار من المكثفات ضبط وضبط سائق لفائف المسح السريع
    ملاحظة: برنامج تشغيل ملف المسح الضوئي السريع هو عادة تشغيل في وضع صدى توليد موجة جيبية. يحدث صدى على تردد المسح حيث reactances الاستقرائي وبالسعة فهي ذات حجم والمعاكس علامات المساواة، بحيث الكلي مفاعلة هي قريبة من الصفر.
    1. تحديد السعة المناسبة للتردد محدد في 1.1.3 باستخدام الحث، L، لفائف المسح السريع و(المعادلة 4).
      المعادلة 8
      المعادلة 9
    2. تقسيم C TOT من (المعادلة 4) في نصف للحصول على القيم مكثف لكل جانب من مربع مكثف سائق لفائف.
      معادلة 10
      معادلة 11
      ملاحظة: سائق لفائف المسح السريع واثنين من مكبرات الصوت. عند اختيار مكثف، يحتاج مربع مكثف لتكون متوازنة مع السعة متساوية على كل جانب من منطقة الجزاء. ويجري الجانبان في السلسلة.
    3. فك الغطاء العلوي من مربع مكثف وإدراج المكثفات على كلا الجانبين التي تساوي القيمة المحددة في الخطوة 1.2.2.
    4. استبدال الجزء العلوي من مربع مكثف والمسمار عليه لضمان أن يبقى.
    5. باستخدام اللوحة الأمامية للسائق لفائف صدى، وضبط وتيرة الانتاج حتى الموجي الجيبية ديه الحد الأقصى للسعة.

2. إعداد الكواشف والخيالات

  1. إعداد راضيتراخيص وصول العملاء
    1. إزالة 15 N-PDT من الفريزر وتسمح للحاوية قادمة إلى درجة حرارة الغرفة (10-15 دقيقة).
    2. تزن من 1،4 ملغ من 15 N-PDT باستخدام الميزان التحليلي.
    3. إضافة 1.4 ملغ من 15 N-PDT إلى 15 مل غير المتأينة (DI) H 2 O لتركيز النهائي من 0.5 ملم.
      ملاحظة: 4 أوكسو 2،2،6،6-رباعي (2 H 3) الميثيل-1- (3،3،5،5- 2 H 4، 1- 15 N) piperdinyloxyl (15 N-PDT)، 4- 1 H-3-الكربامويل-2،2،5،5-رباعي (2 H 3) الميثيل-3-pyrrolinyloxyl (15 N-mHCTPO) و 3-كربوكسي-2،2،5،5-رباعي (2 H 3) ميثيل 1- (3،4،4- 2 H 3، 1- 15 N) pyrrolidinyloxy (15 N-Proxyl) 25 (الشكل 1E-G) الجذور لها الاستقرار على المدى الطويل (2 سنة) في محلول مائي و بدرجة حرارة الغرفة. عادة يتم تخزين بأشكال صلبة في الفريزر أو الثلاجة للحفاظ على هذه الجذور مستقرة لسنوات.استقرار المتطرفين nitroxide عموما جعلها غير سامة، ويمكن أن يتم إعدادها على الفوق طبيعي عندما المذيب هو الماء. عند استخدام المذيبات العضوية، وإعداد الحلول nitroxide داخل غطاء الدخان في حين تجهيزه مع معدات الوقاية الشخصية المناسبة (PPE).
  2. إعداد درجة الحموضة حساسة المتطرفين trityl
    1. تزن من 0،7 ملغ من triaryl الميثيل الراديكالي (ATAM 4) 26 الراديكالي (1400 جم / مول) وتذوب في 200 ميكرولتر من الايثانول المطلق.
    2. تزن 0.00681 غرام من KH 2 PO 4 (136.1 جم / مول) وتذوب في 50 مل من الماء DI لتركيز النهائي من 1 ملم.
    3. تزن 2.8 غرام من KOH (56 جم / مول) وتذوب في 50 مل من الماء DI لتركيز النهائي من 1 م.
    4. إضافة KOH قطرة من الحكمة أن المخزن المؤقت الفوسفات (2.2.2) لضبط درجة الحموضة من 7.0.
    5. إضافة 800 ميكرولتر من العازلة الفوسفات 1 ملم وال 200 ميكرولتر من ATAM 4 في الايثانول المطلق لاضرب النهائيentration من 0.5 ملي في 80:20 عازلة: الإيثانول.
    6. كرر الخطوات من 2.2.1-2.2.5 لإنشاء 4 عينة ATAM في الرقم الهيدروجيني = 7.2.
    7. وضع ATAM 4، ودرجة الحموضة = 7.0 و ATAM 4، ودرجة الحموضة = 7.2 إلى 6 ملم أنابيب العينات الكوارتز منفصلة.
    8. وضع كل من 6 ملم أنابيب الكوارتز الثوري إلى 16 ملم أنبوب الكوارتز الثوري، مع 2 مم هل الستايروفوم سميكة بينهما.
      ملاحظة: جدران أنبوب عينة الكوارتز هي 0.5 مم، وبالإضافة إلى فاصل 2 مم تسفر عن فصل 3 مم بين العينات ATAM. تم توليفها درجة الحموضة المتطرفين trityl الحساسة المستخدمة في جامعة ولاية أوهايو 26. ويطلق على سبيل المثال الذي تم استخدامه للتصوير ATAM 4. ويظهر رد الفعل الذي يشكل حساسية درجة الحموضة في الشكل 1A.
  3. جيل من BMPO-OH
    1. تزن من 680 ملغ من KH 2 PO 4 وتذوب في 100 مل من الماء DI لتركيز النهائي من 50 ملم.
    2. إضافة 1 M KOH قطرة من الحكمةإلى المخزن المؤقت الفوسفات لدرجة الحموضة = 7.3.
    3. تزن من 50 ملغ من BMPO (199.25 جم / مول).
    4. الجمع بين 50 ملغ من BMPO مع 5 مل من العازلة الفوسفات في 16 ملم أنبوب الكوارتز إشعاع.
    5. إضافة 100 ميكرولتر من 300 ملي بيروكسيد الهيدروجين.
    6. أشرق الخليط في 16 ملم أنبوب الكوارتز التشعيع مع الضغط 450 مصباح الأشعة فوق البنفسجية W متوسطة لمدة 5 دقائق.
    7. باستخدام الماصة نقل الزجاج، ونقل 2.5 مل من المشع حل BMPO-OH من أنبوب الكوارتز التشعيع وإلى جانب واحد من 16 مم أنبوب عينة الكوارتز مع 3 مم المفرق.
    8. نقل 2.5 مل المتبقية من المشع BMPO-OH في الجانب الآخر من 16 مم أنبوب عينة الكوارتز مع 3 مم المفرق.
  4. إعداد dinitroxide جذرية
    1. تزن من 24.7 ملغ من 2 H، dinitroxide 15 N-ثاني كبريتيد (الشكل 1C) في 1 مل DMSO عن حل الأسهم من 47.5 ملم.
    2. إعداد 10 العازلة ملي تريس وضبط درجة الحموضة إلى 7.2.
    3. خذ 40ميكرولتر dinitroxide حل الأوراق المالية وتمييع مع العازلة تريس إلى تركيز النهائي من 1 ملم.
    4. وضع 250 ميكرولتر من حل dinitroxide في المخزن في 16 مم أنبوب عينة الكوارتز مع المفرق 10 مم في المركز.
    5. تزن من 154 ملغ من الجلوتاثيون وإضافة إلى 5 مل من العازلة تريس لتركيز النهائي من 100 ملم.
    6. إضافة 5 ميكرولتر من حل 100 ملي الجلوتاثيون إلى 250 ميكرولتر من 1 ملم حل dinitroxide على جانب واحد من المفرق 10 ملم لتحويل diradical إلى monoradical.
  5. إعداد nitroxide nitronyl
    1. إزالة جذرية من الفريزر وتسمح للحاوية قادمة إلى درجة حرارة الغرفة (10-15 دقيقة).
    2. تزن من 1،9 ملغ من nitronyl (390 جم / مول).
    3. وزن من 0.56 ملغ من كوه وتذوب في 10 مل من الماء DI لتركيز النهائي من 1 ملم.
    4. خلط 1،9 ملغ من nitronyl إلى 10 مل من 1 ملم حل KOH لتركيز النهائي من 0.5 ملي nitronyl.
      ملاحظة: إذا necessآرى، استخدم vortexer أو sonicator إلى سرعة اذابة من nitronyl.

3. إعداد الصك السريع المسح في 250 ميغاهيرتز

ملاحظة: ضبط للمرنان مع عينة المائية من nitroxide المتطرفة، والتي لها تأثير مماثل على سؤال مرنان وضبط كحل العازلة، هو وسيلة جيدة لانشاء لعينة للتصوير

  1. ضبط مرنان مع عينة المائية من nitroxide جذري.
    1. إدراج 15 مل من 0.5 ملي 15 N-PDT في عينة المياه إلى 16 ملم أنبوب الكوارتز الثوري.
    2. إدراج أنبوب الكوارتز إلى جانب الكشف عن عبر حلقة RS-الثوري مرنان.
    3. تغيير تردد من مصدر الصك حتى يطابق تردد من جانب الكشف الذي يحتوي على العينة. يدويا تغيير تردد الناقل من مصدر 250 ميغاهيرتز عن طريق إدخال القيمة المطلوبة في مجال البرمجيات.
    4. تغيير التردد من جانب الإثارة لتتناسب مع frequen بعضكاالت مصدر التجربة والجانب الكشف عن مرنان. تغيير التردد من جانب الإثارة عن طريق تحويل مكثف متغير داخل تجويف مرنان وفقا لبروتوكول الشركة المصنعة.
  2. انشاء وحدة التحكم صك ومغناطيس الرئيسية
    1. بدوره على مطياف واختيار تجربة الذي يسجل بيانات عابرة مع الوقت على الإحداثي السيني.
    2. ضمن البرنامج، تعيين عدد من النقاط إلى 65،536 وقاعدة الوقت إلى 10 نانو ثانية
    3. تعيين عدد من المتوسطات إلى 10000 للإشارة قوية أو الضيقة، وإلى 45000 للإشارة واسعة أو ضعيفة.
    4. اضغط على زر "المشاركة" في برنامج لإرسال المعلمات التجريبية من البرنامج إلى وحدة التحكم وتنشيط المغناطيس الملعب الرئيسي.
    5. تعيين الحقل المغناطيسي الرئيسي إلى 9 طن متري.
    6. تعيين مقبض توهين قوة إلى 50 ديسيبل، وتشغيل 7 W مكبر للصوت عالية الطاقة.

4. تنفيذمن رابيد المسح تجربة

ملاحظة: تعليمات محددة تتصل تحليل الخيالات التي تحتوي على BMPO-OH 24، وتقدم درجة الحموضة حساسة المتطرفين TAM 19،27 والأكسدة dinitroxides حساسة 28 في الأدب.

  1. التشبع قوة عينة nitroxide القياسية
    ملاحظة: من المفيد للقيام منحنى التشبع السلطة على عينة جذرية nitroxide القياسية في ظل الظروف التجريبية نفسها التي سيتم استخدامها للبحث في الجذور الحساسة لدرجة الحموضة أو وضع الأكسدة.
    1. بدوره على سائق لفائف المسح السريع، مع القيم من القسم 1 (تردد المسح من 6.8 كيلو هرتز والعرض الضوئي من 7 طن متري).
    2. ابتداء من الساعة 50 ديسيبل، جمع طائفة المسح السريع مع 100K المتوسط. انخفاض توهين بنسبة 3 ديسيبل وتكرار القياس. تستمر حتى بيئة المخفف من 0 ديسيبل، أو لفترة طويلة مثل قياس العزلة على قراءات الجسر <0.
    3. نقل ركان الخام بيانات المسح السريع إلى برنامج deconvolution (على سبيل المثال كتب في Matlab) ومعالجة البيانات الخام إلى طيف الامتصاص.
    4. إدخال تردد المسح الضوئي، عرض الاجتياح، عدد من النقاط وtimebase في البرنامج، وتشغيل البرنامج لمعالجة الخام السريع إشارة المسح الضوئي إلى إشارة الاستيعاب.
    5. رسم اتساع إشارة امتصاص بوصفها وظيفة من قوة مربع الجذر (في وات) الواقعة على مرنان. في غير تشبع النظام، واتساع تعتمد خطيا على الجذر التربيعي لقوة الحادث.
    6. تناسب خط الاتجاه ابتداء من الساعة 0،0 وتشمل جميع نقاط البيانات التي تقع في المنطقة استجابة الخطية. في المنطقة استجابة الخطية، وزيادة السعة إشارة يتناسب مع الجذر التربيعي للطاقة الميكروويف.
    7. استقراء هذا الاتجاه لأعلى السلطات، والمقارنة بين شدة إشارة الثوري. استخدام أعلى سلطة التي السعة إشارة لا تنحرف أكثر من 3٪ من خط الاتجاه استقراء. في أورديص لdeconvolution للإشارة المسح السريع للعمل بشكل صحيح، يجب أن يكون لا يزال الإشارة في المنطقة استجابة خطية فيما يتعلق قوة الحادث.
      ملاحظة: نقل البيانات المسح السريع الخام يمكن أن يتم عبر اتصال شبكة أو عبر محرك الإبهام. في هذه الحالة نقل ضروري لأن برنامج لمعالجة البيانات الخام (ماتلاب) ليست على نفس الكمبيوتر التي لديها برامج جمع البيانات. ووصف خوارزمية deconvolution الذي يعالج البيانات الخام في 29.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

نتاج التجربة عبارة عن مجموعة من التوقعات التي يتم بناؤها إلى صور ثنائية الأبعاد (الطيفية واحد والمكانية واحد) مع مقياس اللون كاذبة لتمثيل إشارة السعة. أزرق يدل على الأساس حيث لا توجد إشارة موجودة، الأخضر هو منخفضة السعة والأحمر هو أعلى. شرائح على طول محور س (البعد الطيفية) تصور إشارة الثوري (الثوري الانتقالية) على محور المجال المغناطيسي. على طول المحور ص (البعد المكاني)، والفصل بين الاشارات يتوافق مع الفصل المكاني المادي بين العينات في المرنانات.

ويبين الشكل 3 مقارنة بين صورتين، اكتسبت مع CW (الشكل 3B) أو RS (الشكل 3A) من شبح مع ثلاثة أنواع مختلفة من 15 N المتطرفين nitroxide استبداله (الشكل 3D). أوسع إشارة يناظر 15 N-Proxyl، وpyrrol خمسة أعضاءحلقة idine مع شحنة سالبة في درجة الحموضة الفسيولوجية، والتي يمكن أن تساعد في استهداف جزيء إلى مقصورات الخلوية محددة. إشارة صدرة تنتمي إلى 15 N-mHCTPO وهي نتيجة لالهيدروجين واحد وسط بالديوتريوم الكامل على خلاف ذلك. وقد تم تحسين هذا تقسيم واحد لرصد التغيرات في تركيز الأكسجين 30. أضيق إشارة تأتي من 15 N-PDT، حلقة تأكسد مرنة وبالديوتيريوم تماما. ويمكن استخدامه لرصد تركيز الأكسجين، أو بيئة الأكسدة (الحد من هيكل يؤدي إلى انخفاض في إشارة الثوري).

لنفس 5 دقائق اكتساب الوقت، تظهر صورة RS القرار المكانية متفوقة وضوح النمط الطيفي لكل متطرف. يمكن رؤية سبب واحد لتحسين RS على CW من خلال مقارنة الأطياف في اثنين من نقاط القوة التدرج المختلفة بين اثنين من التقنيات (الشكل 3C). كما يزيد من قوة التدرجووسع إشارة الطيفية. تدهور كبير من الطيف CW تحت التدرجات عالية (1 طن / سم) التي ترميز المعلومات المكانية.

لأن إشارة المشتقة يوسع بسرعة أكثر من إشارة الاستيعاب، وSNR لأعلى إسقاط الأسلحة الكيميائية التدرج (تتبع الأحمر) سيئة للغاية مقارنة بما كان عليه من أعلى إسقاط التدرج RS (تتبع الأزرق). Linewidth بوصفها وظيفة من موقف المكاني يمكن استخراجها من مؤامرة 2D. سوف Linewidth تكون واسعة أو ضيقة على أساس التغيرات في تركيز الأكسجين أو اللزوجة حول التحقيق nitroxide. كان همي تصويرها في الشكل 3A في درجة حرارة الغرفة ومفتوحة للهواء. منذ محتوى الأكسجين واللزوجة (على النحو الذي تحدده درجة الحرارة) ظل ثابتا، يجب أن يكون linewidth كل التحقيق مستمر عبر عرض كل أنبوب يحتوي جذري. ويبين الشكل 4 مبعثر في linewidths تناسب من شرائح من خلال صورة 2D مقارنةإلى القيمة الحقيقية linewidth (خط أفقي الأسود). قيم صورة شريحة، وخاصة لمدة 15 N-PDT، هي أفضل مباراة لقيمة linewidth الحقيقية لRS (الشكل 4A) من لCW (الشكل 4B). وهذا هو أيضا نتيجة لSNR تحسن من RS على تقنية الأسلحة الكيميائية.

ومن المزايا الأخرى لهذه التقنية RS هي القدرة على توليد واسعة المغناطيسية الاحتلالات الحقل متجانسة في وقت قصير جدا. تردد المسح نموذجية للتجارب في 250 ميغاهيرتز هو 9 كيلو هرتز، أي ما يعادل 0.11 ميللي ثانية. هذا هو 0.11 ميللي ثانية ما إذا كان الاجتياح الحقل هو 0.5 طن متري أو 5.0 طن متري. قارن هذا CW، حيث ستستغرق عملية تمشيط 5.0 طن متري عشرات ثانية إلى دقيقة. مع المسح الضوئي السريع يصبح من الممكن جمع بسرعة 100٪ من المعلومات الطيفية في الأوقات التي تكون قابلة للتصوير في الجسم الحي.

الرقم 5 تثبت RS-الثوري الطيف واسعة طmaging تطبيقها على نماذج تدور محاصرة. الجزيئات يشير الهامة، مثل OH • وNO • هي الجذور الحرة الذاتية مع أعمار قصيرة جدا. من أجل دراسة هذه الجزيئات، وتستخدم "الفخاخ تدور". ويرد مثال على رد فعل تدور فخ 31 (BMPO) مع OH • في الشكل 1B. ويظهر تصوير الوهمية التي تحتوي على 5 ميكرومتر BMPO-OH ناتج إضافة في الشكل 5 (A، B). إشارة ناتج إضافة تدور فخ تعتمد على تركيز انطلاق OH • ولها عمر نصف من 30 دقيقة مما يتيح دراسة أي عمليات التي تولد OH •. تم استخدام nitoxide nitronyl 32 كمثال آخر لتصوير واسعة، ولكن قد استخدمت في الماضي لتدور محاصرة من NO • 33،34. ويظهر تصوير الوهمية التي تحتوي على nitronyl في الشكل 5 (C، D). ليرة سوريةفي الفخاخ، واستولت على كامل الطيف يسمح تسمية أفضل من الأنواع المتطرفة عابرة الأصلية التي كانت موجودة.

ويستمد حساسية للتغيرات الفسيولوجية مثل درجة الحموضة والأكسدة الحالة من التغيرات في الطيف بأكمله. ويبين الشكل 6 التصوير مع ATAM 4. في الشكل 6B، وصورة ATAM 4 في الرقم الهيدروجيني = 7.0 (الأزرق) لديها العديد من الميزات الطيفية، وشريحة من الصورة مباريات بشكل جيد مع ما يوازيها من الطيف التدرج صفر (الأخضر). قارن هذا الملف الشخصى ATAM 4 في الرقم الهيدروجيني = 7.4، الشكل 6C، مع عدد أقل من الميزات الطيفية والتي لا تزال في اتفاق جيد مع الطيف التدرج الصفر المقابلة. ويبين تصوير الأشباح التي تحتوي على dinitroxide في لمثنوي، وانخفاض شكل أحادى في الشكل 7. يتم إنشاء اثنين من أطياف مختلفة من انشقاق من ثاني كبريتيد (SS)، وهكذا تنقل حساسية الأكسدة الحياة الفطريةironment 1،35.

شكل 1
الشكل 1. تحقيقات الجيش الشعبي الثوري حساسة للكثير من التغيرات الفسيولوجية. (A) مثال على ثلاثي أريل-الميثيل (TAM) الجذور الحساسة درجة الحموضة 26. (ب) فخ سبين BMPO. (C) 15 N-dinitroxide. (D) وnitronyl. (E) 15 N-Proxyl. (F) 15 N-mHCTPO. (G) 15 N-PDT. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل 2
الشكل 2. السريع مسح الثوري لديها SNR أفضل بطبيعتها. (A) Iن CW الثوري ح السعة هي جزء صغير من الإشارة الإجمالية، والتي تحددها تعديل الحقل المغناطيسي للأرض. (ب) في المسح السريع المباشر الكشف، والكشف عن اتساع إشارة كاملة. إشارة إلى زيادة الضوضاء هو واضح في التجربة حيث الفائق التي تم إنشاؤها بواسطة E. وحوصر البرازية مع BMPO في العاشر الفرقة. لنفس 30 ثانية اكتساب الوقت، لا يكاد أي إشارة يمكن ملاحظتها في الطيف CW (C)، في حين لوحظ إشارة قوية في الطيف المسح الضوئي السريع (D) 36. يرجى النقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل (3)
الشكل 3. تحسين SNR يسمح القرار المكانية أفضل. لنفس اكتساب الوقت 5 دقائق، وصورة RS ( (B). (C) وهناك اتفاق جيد بين التوقعات المكتسبة مع المسح الضوئي السريع (الأزرق) وCW (الأحمر) عندما لا التدرج موجود (0 مليون طن / سم) (D). الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل (4)
الرقم 4. محتوى المعلومات من صورة المسح الضوئي السريع هو أعلى من الأسلحة الكيميائية. (A) شرائح من صورة 2D RS. (ب) شرائح من صورة 2D CW. يظهر linewidth صحيح (خط أفقي الأسود) من كل عينة للمقارنة. أنظر المرجع 23. يرجى النقر هنا ل عرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الرقم 5
الرقم 5. الميدانية السريعة التي تجتاح يسمح التقاط لطائفة كاملة في بضع ثوان. (A) 2D صورة طيفية المكاني للالوهمية التي تتكون من BMPO-OH ناتج إضافة. وقد استخدم (ب) وصالح محاكاة لصفر التدرج الطيف BMPO-OH في 250 ميغاهيرتز لتتناسب مع الصورة الأولية BMPO-OH والتمييز بين المناطق التي تحتوي على BMPO-OH والمناطق الضوضاء التي تحتوي على. (C) 14 N nitronyl راديكالية والتي يمكن استخدامها لمحاصرة من أكسيد النيتريك في الجسم الحي. (D) شرائح من خلال كل الطيف تظهر في الشكل الطيفي في 250 ميغاهيرتز. أنظر المرجع 19. يرجى النقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.

ve_content "FO: المحافظة على together.within الصفحات =" 1 "> الشكل (6)
ويترك الشكل 6. أي جزء من الطيف خارج مما يسمح بمراقبة أفضل للتغيرات الطيفية التي يسببها من الناحية الفسيولوجية. (A) 2D صورة طيفية المكاني للشبحا تتكون من اثنين من أنابيب من درجة الحموضة حساسة ATAM 4 راديكالية. (ب) لمحة الطيفي للATAM 4 في الرقم الهيدروجيني = 7.0 (الأزرق) والمقابلة الصفر طيف الانحدار (الخضراء). (C) لمحة الطيفي للATAM 4 في الرقم الهيدروجيني = 7.4 B (الأزرق) والمقابلة طيف الانحدار صفر (الأخضر). انظر المراجع 19،26،37. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الرقم 7
الرقم 7. المسح الضوئي السريع يفتح الباب لفي الجسم الحي مراقبة الأكسدة في 250 ميغاهيرتز. (A) 2D صور عالية الطيفية المكاني لل15 N-dinitroxide. (ب) شرائح من خلال أعلى (تتبع الأزرق) وأسفل (تتبع الأحمر) مقصورات في الصورتين. (ج) المقصورة العليا لا يزال هو نفسه، ولكن تم تخفيض حجرة أسفل مع الجلوتاثيون. (D) شريحة من خلال كل كائن صورة يبين التغيير في الطيف 1D من حجرة أسفل. انظر المراجع 1،28،35. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

إشارات السريع المسح على مكونات تردد أعلى من الأسلحة الكيميائية، وتتطلب عرض النطاق الترددي مرنان أكبر اعتمادا على linewidths اوقات الاسترخاء، وسرعة للمسح السريع. ويستند عرض النطاق الترددي اللازم لتجربة معينة على linewidth ومعدل المسح المجال المغناطيسي (المعادلة 2). تبعا لاوقات الاسترخاء لجنة التحقيق قيد الدراسة (تي 2 و تي 2 *)، ومعدل المسح الضوئي، يمكن أن تظهر التذبذبات على الحافة الخلفية للإشارة. للمتطرفين nitroxide مع تي 2 ~ 500 NSEC في 250 ميغاهيرتز (57 تشرين مؤتمر جبال روكي على الرنين المغناطيسي، Epel، B، 2015 وآخرون،)، ومعدلات مسح التجريبية غالبا ما تكون غير مرتفعة بما يكفي لمراقبة أي اهتزازات.

عرض النطاق الترددي التجريبية يقتصر عادة عن طريق عرض النطاق الترددي مرنان. يتم تسجيل كل دورة نصف من تجربة المسح الضوئي السريع مع أي انخفاض أو زيادة الحقل / التردد، وبالتالي فإن عرض النطاق الترددي التجريبي ½ رانه الرنان عرض النطاق الترددي، كما هو مبين في (المعادلة 1). إذا يقتصر عرض النطاق الترددي التجريبية عن طريق اختيار المعلمات بحيث يكون أكبر من عرض النطاق الترددي مرنان وثبط التذبذبات، وتوسيع النتائج في خط deconvolved. منذ يتم تحديد عرض النطاق الترددي التجربة وفقا لمعدل وlinewidth من الراديكالية التي تجري دراستها، وفهم هذه الميزات هو عنصر رئيسي في تجربة المسح الضوئي السريع.

يوضح البروتوكول الحالي معهد بحوث البترول في 250 ميغاهيرتز من الخيالات التي تحتوي على مجسات حساسة للأكسجين، واللزوجة، ودرجة الحموضة، الذاتية عابرة الجزيئات يشير (أي، OH •، NO •) وحالة الأكسدة. وقد أثبتت القرارات المكانية بين 1 و 3 ملم، مع مدة التحصيل التجريبية بين 29 ثانية (سطر واحد من 2 خط 15 N الطيف، الشكل 3) و 15 دقيقة (مجموعة كاملة من 5 ميكرومتر BMPO-OH، الشكل 5). تطوير الأسلوب مع عروض الأشباحاستخدام الصور RS-الثوري ينسخ CW-الثوري تقنية التصوير التقليدية 23،24، ويفتح آفاقا جديدة للتصوير في الجسم الحي باستخدام مجسات الثوري.

معهد بحوث البترول هو مفيد أكثر في الجسم الحي تقنيات التصوير الأخرى على أساس مضان أو تفسفر، كما تحقيقات الثوري حساسة لمجموعة متنوعة من الظواهر في الجسم الحي. وبالإضافة إلى ذلك، اختراق الترددات اللاسلكية في 250 ميغاهيرتز ~ 7 سم، بحيث الأنسجة الشاذة على مستوى أعمق يمكن دراستها. التصوير بالرنين المغناطيسي النووي (MRI) يوفر خرائط تشريحية مفصلة للغاية، ولكن تناضل من أجل توفير المعلومات الفسيولوجية الكمية. مزيج من التصوير بالرنين المغناطيسي ومعهد بحوث البترول يمكن أن يؤدي يوما واحدا في إصدار جميع بالرنين المغناطيسي للبوزيترون الانبعاثات، التصوير المقطعي (PET) / التصوير المقطعي (CT) الماسح الضوئي. ومن شأن مثل أداة توفر نفس الفائدة من PET / CT، ولكن من دون جرعات الإشعاع ثقيلة أو باهظة الثمن، استشفاف الراديو.

تطوير الأسلوب مع الأشباح تستمر لدفع رانه يحد من RS-الثوري، ولكن الهدف النهائي هو لتنفيذ هذه التقنية في المختبرات باستخدام نماذج حيوانية. سوف حسابات لإعادة بناء صورة تحتاج إلى تحسين لتسريع جمع البيانات لتجربة 4D (3 المكانية، 1 البعد الطيفي). ويجري حاليا تطوير خوارزمية محسنة وضروري لتقديم الطلبات في الجسم الحي، إلا دليل على مبدأ يمكن أن يتم مع التصوير 2D.

كثير من المتطرفين، مثل 15 N-PDT، وتستخدم في الخيالات تتحلل بسرعة في ظل ظروف في الجسم الحي مع حياة نصف ثانية فقط 60. تم توليفها الجذور مع تحسين مقاومة لانخفاض في الجسم الحي 39 ومهمة لبناء تجمعات كبيرة بما فيه الكفاية في الجسم الحي. فإن حساسية محسنة من RS-الثوري على CW-EPR 24 يكون فائدة أخرى في حل هذه المشكلة. حساسية الفحص السريع حاليا 5 ميكرومتر لالوهمية، وبين 100 ميكرومتر و 5 ملم، اعتمادا علىالتحقيق للتصوير، للدراسات الحيوانية التي يتم تنفيذها في جامعة شيكاغو (الاتصالات الشخصية، ماجيو، M.، 2015). سيستمر طريقة RS إلى تطوير لإغلاق هذه الفجوة، ولكن بدأت تطبيق بالفعل للانتقال إلى الفعلية في التطبيقات الحية (57 تشرين روكي المؤتمر جبل على الرنين المغناطيسي، Epel، B، وآخرون، 2015).

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Acknowledgments

دعم جزئي لهذا العمل من قبل المعاهد الوطنية للصحة منح NIBIB EB002807 وCA177744 (GRE وSSE) وEB002034 P41 إلى GRE، هوارد J. هالبيرن، PI، وجامعة دنفر ما قدمه من مساعدة. وأيد علامة Tseytlin من المعاهد الوطنية للصحة R21 EB022775، NIH K25 EB016040، المعاهد الوطنية للصحة / NIGMS U54GM104942. الكتاب ممتنون لفاليري Khramtsov، والآن في جامعة غرب فرجينيا، وIllirian Dhimitruka في جامعة ولاية أوهايو لتوليف درجة الحموضة المتطرفين TAM الحساسة، وجيرالد روزين وجوزيف كاو في جامعة ميريلاند لتوليف وmHCTPO ، proxyl، BMPO والمتطرفين nitronyl.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
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

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Bobko, A. A., et al. In vivo monitoring of pH, redox status, and glutathione using L-band EPR for assessment of therapeutic effectiveness in solid tumors. Magn. Reson. Med. 67 (6), 1827-1836 (2012).
  2. Utsumi, H., et al. Simultaneous molecular imaging of redox reactions monitored by overhauser-enhanced MRI with 14N-and 15N-labeled nitroxyl radicals. Proc. Nat. Acad. Sci. U.S.A. 103 (5), 1463-1468 (2006).
  3. Khramtsov, V. V., Grigor'ev, I. A., Foster, M. A., Lurie, D. J., Nicholson, I. Biological applications of spin pH probes. Cell. Mol. Bio. 46 (8), 1361-1374 (2000).
  4. Halpern, H. J., et al. Oxymetry Deep in Tissues with Low-Frequency Electron-Paramagnetic Resonance. Proc. Nat. Acad. Sci. U.S.A. 91 (26), 13047-13051 (1994).
  5. Matsumoto, S., et al. Low-field paramagnetic resonance imaging of tumor oxygenation and glycolytic activity in mice. J. Clin. Invest. 118 (5), 1965-1973 (2008).
  6. Velan, S. S., Spencer, R. G. S., Zweier, J. L., Kuppusamy, P. Electron paramagnetic resonance oxygen mapping (EPROM): Direct visualization of oxygen concentration in tissue. Magn. Reson. Med. 43 (6), 804-809 (2000).
  7. Elas, M., et al. Electron paramagnetic resonance oxygen image hypoxic fraction plus radiation dose strongly correlates with tumor cure in FSA fibrosarcomas. Int. J. Radiat. Oncol. 71 (2), 542-549 (2008).
  8. Dreher, M. R., et al. Nitroxide conjugate of a thermally responsive elastin-like polypeptide for noninvasive thermometry. Med. Phys. 31 (10), 2755-2762 (2004).
  9. Gallez, B., Mader, K., Swartz, H. M. Noninvasive measurement of the pH inside the gut by using pH-sensitive nitroxides. An in vivo EPR study. Magn. Reson. Med. 36 (5), 694-697 (1996).
  10. Halpern, H. J., et al. Diminished aqueous microviscosity of tumors in murine models measured with in vivo radiofrequency electron paramagnetic resonance. Cancer Res. 59 (22), 5836-5841 (1999).
  11. Elas, M., Ichikawa, K., Halpern, H. J. Oxidative Stress Imaging in Live Animals with Techniques Based on Electron Paramagnetic Resonance. Radiat. Res. 177 (4), 514-523 (2012).
  12. Kuppusamy, P., et al. Noninvasive imaging of tumor redox status and its modification by tissue glutathione levels. Cancer Res. 62 (1), 307-312 (2002).
  13. Khramtsov, V. V., Yelinova, V. I., Glazachev, Y. I., Reznikov, V. A., Zimmer, G. Quantitative determination and reversible modification of thiols using imidazolidine biradical disulfide label. J. Biochem. Biophys. Methods. 35 (2), 115-128 (1997).
  14. Plonka, P. M. Electron paramagnetic resonance as a unique tool or skin and hair research. Exp. Dermatol. 18, 472-484 (2009).
  15. Halevy, R., Shtirberg, L., Shklyar, M., Blank, A. Electron Spin Resonance Micro-Imaging of Live Species for Oxygen Mapping. J. Vis. Exp. (42), e122 (2010).
  16. Halevy, R., Tormyshev, V., Blank, A. Microimaging of oxygen concentration near live photosynthetic cells by electron spin resonance. Biophys J. 99 (3), 971-978 (2010).
  17. Eaton, G. R., Eaton, S. S. Concepts Magn. Reson. 7, 49-67 (1995).
  18. Maltempo, M. M. Differentiaon of spectral and spatial components in EPR imaging using 2-D image reconstruction algorithms. J. Magn. Reson. 69, 156-161 (1986).
  19. Tseitlin, M., et al. New spectral-spatial imaging algorithm for full EPR spectra of multiline nitroxides and pH sensitive trityl radicals. J. Magn. Reson. 245, 150-155 (2014).
  20. Mitchell, D. G., et al. Abstracts of Papers of the American Chemical Society. Radu, N., Koch, S. 242, Denver, CO. (2011).
  21. Stoner, J. W., et al. Direct-detected rapid-scan EPR at 250 MHz. J. Magn. Reson. 170 (1), 127-135 (2004).
  22. Tseytlin, M., Biller, J. R., Mitchell, D. G., Yu, Z., Quine, R. W., Rinard, G. A., Eaton, S. S., Eaton, G. R. EPR Newsletter. 23, Russian Acaademy of Sciences, Zavoisky Physical-Technical Institute. 8-9 (2014).
  23. Biller, J. R., et al. Imaging of nitroxides at 250 MHz using rapid-scan electron paramagnetic resonance. J. Magn. Reson. 242, 162-168 (2014).
  24. Biller, J. R., et al. Improved Sensitivity for Imaging Spin Trapped Hydroxyl Radical at 250 MHz. Chem. Phys. Chem. 16 (3), 528-531 (2015).
  25. Burks, S. R., Bakhshai, M. A., Makowsky, M. A., Muralidharan, S., Tsai, P., Rosen, G. M., Kao, J. Y. 2H, 15N-Substituted nitroxides as sensitive probes for electron paramagnetic resonance imaging. J. Org. Chem. 75, 6463-6467 (2010).
  26. Dhimitruka, I., Bobko, A. A., Hadad, C. M., Zweier, J. L., Khramtsov, V. V. Synthesis and characterization of amino derivatives of persistent trityl radicals as dual function pH and oxygen paramagnetic probes. J. Am. Chem. Soc. 130 (32), 10780-10787 (2008).
  27. Elajaili, H. B., et al. Electron spin relaxation times and rapid scan EPR imaging of pH-sensitive amino-substituted trityl radicals. Magn. Reson. Chem. 53 (4), 280-284 (2015).
  28. Elajaili, H., Biller, J. R., Rosen, G. M., Kao, J. P. Y., Tseytlin, M., Buchanan, L. B., Rinard, G. A., Quine, R. W., McPeak, J., Shi, Y., Eaton, S. S., Eaton, G. R. Imaging Disulfides at 250 MHz to Monitor Redox. J. Magn. Reson. , (2015).
  29. Tseitlin, M., Rinard, G. A., Quine, R. W., Eaton, S. S., Eaton, G. R. Deconvolution of sinusoidal rapid EPR scans. J. Magn. Reson. 208 (2), 279-283 (2011).
  30. Halpern, H. J., Peric, M., Nguyen, T. D., Spencer, D. P., Teicher, B. A., Lin, Y. J., Bowman, M. K. Selective isotopic labeling of a nitroxide spin label to enhance sensitivity for T2 oxymetry. J. Magn. Reson. 90, 40-51 (1990).
  31. Tsai, P., et al. Esters of 5-carboxyl-5-methyl-1-pyrroline N-oxide: A family of spin traps for superoxide. J. Org. Chem. 68 (20), 7811-7817 (2003).
  32. Biller, J. R., et al. Frequency dependence of electron spin relaxation times in aqueous solution for a nitronyl nitroxide radical and perdeuterated-tempone between 250 MHz and 34 GHz. J. Magn. Reson. 225, 52-57 (2012).
  33. Rosen, G. M., et al. Dendrimeric-containing nitronyl nitroxides as spin traps for nitric oxide: Ssynthesis, kinetic, and stability studies. Macromolecules. 36 (4), 1021-1027 (2003).
  34. Bobko, A. A., et al. Redox-sensitive mechanism of no scavenging by nitronyl nitroxides. Free Radical Biol. Med. 36 (2), 248-258 (2004).
  35. Roshchupkina, G. I., et al. In vivo EPR measurement of glutathione in tumor-bearing mice using improved disulfide biradical. Free Radical Bio. Med. 45 (3), 312-320 (2008).
  36. Mitchell, D. G., et al. Use of Rapid-Scan EPR to Improve Detection Sensitivity for Spin-Trapped Radicals. Biophysical Journal. 105 (2), 338-342 (2013).
  37. Bobko, A. A., Dhimitruka, I., Zweier, J. L., Khramtsov, V. V. Trityl radicals as persistent dual function pH and oxygen probes for in vivo electron paramagnetic resonance spectroscopy and imaging: Concept and experiment. J. Am. Chem. Soc. 129 (23), (2007).
  38. Biller, J. R., et al. Electron spin-lattice relaxation mechanisms of rapidly-tumbling nitroxide radicals. J. Magn. Reson. 236, 47-56 (2013).
  39. Redler, G., Barth, E. D., Bauer, K. S., Kao, J. P. Y., Rosen, G. M., Halpern, H. J. In vivo electron paramagnetic resonance imaging of differential tumor targeting using cis-3,4-di(acetoxymethoxycarbonyl)-2,2,5,5-tetramethyl-1-pyrrolidinyloxyl. Magn. Reson. Med. 71 (4), 1650-1656 (2013).

Tags

الهندسة الحيوية، العدد 115، والإلكترون ممغطس الرنين (الثوري) والمسح السريع، nitroxide،
سرعة المسح الضوئي الكترون ممغطس الرنين تفتح آفاقا جديدة للالتصوير الناحية الفسيولوجية معلمات هام<em&gt; في فيفو</em
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Biller, J. R., Mitchell, D. G.,… More

Biller, J. R., Mitchell, D. G., Tseytlin, M., Elajaili, H., Rinard, G. A., Quine, R. W., Eaton, S. S., Eaton, G. R. Rapid Scan Electron Paramagnetic Resonance Opens New Avenues for Imaging Physiologically Important Parameters In Vivo. J. Vis. Exp. (115), e54068, doi:10.3791/54068 (2016).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter