Name: Rapid-Scan-Elektronenspinresonanz eröffnet neue Wege für Imaging Physiologisch Wichtige Parameter In Vivo (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2016-09-26T13:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 1 s
Description: Erfahren Sie Rapid-Scan-Elektronenspinresonanz für biomedizinische Bildgebung mit quantitativen Daten zu Sauerstoff, pH und Redoxstatus. Diese Methode ermöglicht schnellere Datenerfassung und verbesserte Tumoranalyse.

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Teilweise Unterstützung dieser Arbeit durch die NIH gewährt NIBIB EB002807 und CA177744 (GRE und SSE) und P41 EB002034 zu GRE, Howard J. Halpern, PI, und von der University of Denver wird dankbar anerkannt. Mark Tseytlin wurde von NIH R21 EB022775, NIH K25 EB016040, NIH / NIGMS U54GM104942 unterstützt. Die Autoren sind dankbar Valery Khramtsov, jetzt an der Universität von West Virginia, und Illirian Dhimitruka an der Ohio State University für die Synthese der pH-empfindliche TAM Radikale und Gerald Rosen und Joseph Kao an der University of Maryland für die Synthese des mHCTPO , PROXYL, BMPO und Nitronyl Radikale.

1. Aufbau des Rapid-Scan-Coil-Treiber bei 250 MHz <ol><li> Berechnung von Rapid Scan Experimentelle Bedingungen Hinweis: Der wichtigste Parameter in RS-EPR ist Abtastrate, α, die das Produkt der Scanfrequenz und Scanbreite (Gleichung 3). Für schmale Scanbreiten, schnellere Abtastraten verwendet werden, und für eine breitere Sweep Breiten, langsamer Abtastraten verwendet werden. Die folgenden Anweisungen Schritt für Schritt durch den letzteren Fall und zeigen, wie bei den experimentellen Spulentreiber Parameter von 7 mT Wobbelbreite und 6,8 ​​kHz Abtastfrequenz zu gelangen. <ol><li> Bestimmen Sie die Resonatorbandbreite (BW Res). <img alt="Gleichung 1" src="/files/ftp_upload/54068/54068eq1.jpg" /> (1) wobei v res ist die Betriebsfrequenz des Resonators und Q ist der Qualitätsfaktor. Q = 90, ist für die schnelle Scan-Resonator verwendet, um die Daten in Repräsentative Ergebnisse erhalten gemeinsam. </li><li> Bestimmen Sie die schnelle Scangeschwindigkeit, α, alledurch den Resonator Bandbreite geschuldete <img alt="Gleichung 2" src="/files/ftp_upload/54068/54068eq2.jpg" /> (2) <img alt="Gleichung 3" src="/files/ftp_upload/54068/54068eq3.jpg" /> wobei N eine Konstante häufig konservativ ausgewählt ist 5-6 ist, ist &amp; Delta; B pp die peak-to-peak - Derivat Linienbreite in mT und a ist die Abtastrate , wenn T / s für eine Lorentz - Linienbreite. Hinweis: Ein gemeinsamer Wert für die Reste in dem repräsentativen Abschnitt ist <img alt="Gleichung 4" src="/files/ftp_upload/54068/54068eq4.jpg" /> = 0,1 mT. Im Vergleich zu früheren schnellen Scan-Literatur; Gleichung 2 wird durch Einstellen der Signalbandbreite (BW sig) gleich BW Res abgeleitet. </li><li> Bestimmen Sie die maximale schnelle Scanfrequenz durch die Geschwindigkeit erlaubt. <img alt="Gleichung 5" src="/files/ftp_upload/54068/54068eq5.jpg" /> (3) <img alt="Gleichung 6" src="/files/ftp_upload/54068/54068eq6.jpg" /> wobei w die Breite des scan und f die Abtastfrequenz. Ein Sweep Breite von 7 mT für Stromsonden , die in vivo zu 100% des Spektrums abdecken. Verwenden Sie diesen Wert und die Geschwindigkeit berechnet (Gleichung 2), um die Abtastfrequenz zu bestimmen. <img alt="Gleichung 7" src="/files/ftp_upload/54068/54068eq7.jpg" /></li></ol></li><li> Die Auswahl der Tuning - Kondensatoren und Einstellung der schnellen Scan Spulentreiber Hinweis: Der schnelle Scan-Spulentreiber wird typischerweise in einem resonanten Modus eine Sinuswelle erzeugt. Resonanz tritt bei einer Abtastfrequenz in dem die induktiven und kapazitiven Reaktanzen sind von gleicher Größe und entgegengesetzten Vorzeichen, so dass die Gesamt Reaktanz nahe Null ist. <ol><li> Ermitteln Sie die richtige Kapazität für die bestimmte Frequenz in 1.1.3 unter Verwendung der Induktivität L, der schnellen Scan - Spulen und (Gleichung 4). <img alt="Gleichung 8" src="/files/ftp_upload/54068/54068eq8.jpg" /> <img alt="Gleichung 9" src="/files/ftp_upload/54068/54068eq9.jpg" /></li><li> Dividieren C TOT aus Gleichung (4) in der Hälfte der Kondensatorwerte für jede Seite des Spulentreiber Kondensatorkasten zu erhalten. <img alt="Gleichung 10" src="/files/ftp_upload/54068/54068eq10.jpg" /> <img alt="Gleichung 11" src="/files/ftp_upload/54068/54068eq11.jpg" /> Hinweis: Der schnelle Scan-Spulentreiber zwei Verstärker hat. Wenn ein Kondensator der Auswahl muss die Kondensatorkasten mit einer gleichen Kapazität auf jeder Seite der Box ausgeglichen werden. Die beiden Seiten sind in Reihe geschaltet. </li><li> Lösen Sie die obere Abdeckung der Kondensatorkasten und legen Kondensatoren auf beiden Seiten, die in Schritt 1.2.2 bestimmt gleich dem Wert sind. </li><li> Ersetzen Sie den oberen Teil des Kondensatorkasten und schrauben Sie ihn fest, um sicherzustellen, bleibt. </li><li> Über die Frontplatte des resonanten Schwingspulentreiber, stellen Sie die Ausgangsfrequenz, bis die Sinuswellenform die maximale Amplitude aufweist. </li></ol></li></ol> 2. Vorbereitung der Reagenzien und Phantome <ol><li> Herstellung von radiCALs <ol><li> Entfernen 15 N-PDT aus dem Gefrierschrank und ermöglichen es der Behälter auf Raumtemperatur (10-15 min) zu kommen. </li><li> Man wiegt 1,4 mg 15 N-PDT eine analytische Waage. </li><li> Hinzufügen 1,4 mg 15 N-PDT zu 15 ml entionisiertem (DI) H 2 O zu einer Endkonzentration von 0,5 mM. Hinweis: 4-Oxo-2,2,6,6-tetra (2 H 3) methyl-1- (3,3,5,5- 2 H 4, 1 15 N) piperdinyloxyl (15 N-PDT), 4- 1 H-3-carbamoyl-2,2,5,5-tetra (2 H 3) methyl-3-pyrrolinyloxyl (15 N-mHCTPO) und 3-carboxy-2,2,5,5-tetra (2 H 3) methyl-1- (3,4,4- 2 H 3, 1- 15 N) pyrrolidinyloxy (15 N-PROXYL) 25 (1E-G) Reste lang~~POS=TRUNC (2 Jahre) in wässriger Lösung und bei Raumtemperatur. Ihre feste Formen sind in der Regel in einem Gefrierschrank oder Kühlschrank aufbewahrt diese Radikale Jahre stabil zu halten.Die Stabilität der Nitroxid-Radikale im allgemeinen machen sie nicht toxisch, und ihre Herstellung kann auf einem normalen Tisch Modell ausgeführt werden, wenn das Lösungsmittel Wasser ist. Wenn organische Lösungsmittel verwendet, Nitroxid Lösungen innerhalb einer Abzugshaube vorzubereiten, während die richtige persönliche Schutzausrüstung (PSA) ausgestattet. </li></ol></li><li> Herstellung von pH - sensitiven Trityl Radikale <ol><li> Man wiegt 0,7 mg triaryl Methylrest (ATAM 4) 26 Rest (1400 g / mol) und in 200 ul absolutem Ethanol auflösen. </li><li> Wiegen 0,00681 g KH 2 PO 4 (136,1 g / mol) und lösen sich in 50 ml deionisiertem Wasser für eine Endkonzentration von 1 mM. </li><li> Wiegen 2,8 g KOH (56 g / mol) und in 50 ml DI-Wasser für eine Endkonzentration von 1 M. auflösen </li><li> In KOH fallen weise zu der Phosphatpuffer (2.2.2), um den pH-Wert von 7,0 einzustellen. </li><li> In 800 ul 1 mM Phosphatpuffer und die 200 ul ATAM 4 in absolutem Ethanol für eine Endkonzentrationentration von 0,5 mM in 80:20 Puffer: Ethanol. </li><li> Wiederholen Sie die Schritte 2.2.1-2.2.5 die ATAM 4 Probe bei pH zu schaffen = 7,2. </li><li> Legen Sie die ATAM 4, pH - Wert = 7,0 und ATAM 4, pH - Wert = 7,2 in getrennte 6 mm Quarzprobenröhrchen. </li><li> Zeigen beide 6 mm Quarz EPR Rohre in einem 16 mm Quarzrohr EPR, mit einem 2 mm dicken Styroporabstandshalter dazwischen. Anmerkung: Die Wände der Quarzprobenröhre 0,5 mm dick sind, und zusätzlich zu dem 2 mm Abstandshalter ergeben eine 3 mm Abstand zwischen den ATAM Proben. Die pH - empfindliche Trityl Radikale wurden verwendet , um an der Ohio State University 26 synthetisiert. Das Beispiel , das für die Bildgebung verwendet wird ATAM 4 bezeichnet. Die Reaktion , die für die pH - Empfindlichkeit berücksichtigt ist in 1A gezeigt. </li></ol></li><li> Die Erzeugung von BMPO-OH <ol><li> Abwiegen 680 mg KH 2 PO 4 und lösen sich in 100 ml DI Wasser für eine Endkonzentration von 50 mM. </li><li> 1 M KOH tropfenweiserzu dem Phosphatpuffer auf pH = 7,3. </li><li> Man wiegt 50 mg BMPO (199,25 g / mol). </li><li> Kombinieren, um die 50 mg BMPO mit 5 ml Phosphatpuffer in einer 16 mm Quarzbestrahlungsrohr. </li><li> 100 l 300 mM Wasserstoffperoxid. </li><li> Bestrahlen der Mischung in dem Rohr 16 mm Quarz-Bestrahlung mit einer Lampe W Mitteldruck-UV 450 für 5 min. </li><li> Verwendung eines Glastransferpipette übertragen 2,5 ml bestrahlte BMPO-OH-Lösung aus dem Quarzbestrahlungsrohr und in eine Seite eines 16 mm Quarzprobenröhre mit 3 mm Teiler. </li><li> Übertragung der verbleibenden 2,5 ml der bestrahlten BMPO-OH in die andere Seite des 16 mm Quarzprobenröhre mit 3 mm Teiler. </li></ol></li><li> Herstellung von Dinitroxidcarbene Radikal <ol><li> Man wiegt 24,7 mg 2 H, 15 N-Disulfid Dinitroxidcarbene (1C) in 1 ml DMSO für eine Stammlösung von 47,5 mM. </li><li> Herstellung von 10 mM Tris-Puffer und Einstellen auf pH 7,2. </li><li> Nehmen Sie 40ul Dinitroxidcarbene Stammlösung und verdünnt mit Tris-Puffer zu einer Endkonzentration von 1 mM. </li><li> Legen Sie 250 ul Dinitroxidcarbene Lösung in Puffer in einem 16 mm Quarzprobenröhrchen mit einem 10 mm-Teiler in der Mitte. </li><li> Abwiegen 154 mg Glutathion und fügt 5 ml Tris-Puffer für eine Endkonzentration von 100 mM. </li><li> Zugabe von 5 &amp; mgr; l der 100 mM Glutathion-Lösung zu 250 &amp; mgr; l von 1 mM Dinitroxidcarbene Lösung auf einer Seite des Teilers 10 mm das Diradikal in monoradikalische zu konvertieren. </li></ol></li><li> Herstellung von Nitronylnitroxid <ol><li> Entfernen Sie den Rest aus der Tiefkühltruhe und damit der Behälter auf Raumtemperatur (10-15 min) zu kommen. </li><li> Man wiegt 1,9 mg Nitronyl (390 g / mol). </li><li> in 10 ml DI-Wasser für eine Endkonzentration von 1 mM abwiegen 0,56 mg KOH und aufzulösen. </li><li> Mischen Sie die 1,9 mg Nitronyl in 10 ml 1 mM KOH-Lösung für eine Endkonzentration von 0,5 mM Nitronyl. Hinweis: Wenn necessVortexer oder Beschallungsgerät zu Geschwindigkeit Solvatation des Nitronyl ary, verwenden. </li></ol></li></ol> 3. Aufbau des Rapid-Scan-Instrument bei 250 MHz Hinweis: Die Abstimmung des Resonators mit einer wässrigen Probe von Nitroxidradikalgruppe, die am Resonator Q und Tuning als Pufferlösung eine ähnliche Wirkung hat, ist eine gute Möglichkeit für die Probe zur Einrichtung abgebildet werden <ol><li> Stellen Sie den Resonator mit einer wässrigen Probe von Nitroxidradikalgruppe. <ol><li> Legen Sie die 15 ml 0,5 mM 15 N-PDT in Wasserprobe in einem 16 mm Quarz EPR Rohr. </li><li> Legen Sie die Quarzröhre in die Detektionsseite des Querschleife RS-EPR-Resonator. </li><li> Verändern der Frequenz des Instruments Quelle, bis sie die Frequenz der Detektionsseite entspricht, die die Probe enthält. Ändern Sie manuell die Trägerfrequenz des 250-MHz-Quelle durch den gewünschten Wert in der Software eingeben. </li><li> Verändern der Frequenz der Anregungsseite, um die frequen entsprechenrungen des Experiments Quelle und Detektionsseite des Resonators. Verändern der Frequenz der Anregungsseite durch einen variablen Kondensator in dem Resonatorhohlraum Drehbewegung nach dem Protokoll des Herstellers. </li></ol></li><li> Richten Sie Instrumentenkonsole und Haupt Magnet <ol><li> Schalten Sie das Spektrometer und wählen Sie ein Experiment, das transiente Daten mit der Zeit auf der Abszisse aufzeichnet. </li><li> Innerhalb der Software, stellen Sie die Anzahl der Punkte auf 65.536 und die Zeitbasis auf 10 ns. </li><li> Stellen Sie die Anzahl der Mittelwerte bis 10.000 für einen starken oder engen Signal und 45.000 für ein breites oder schwaches Signal. </li><li> Drücken Sie die &quot;engage&quot; -Button in der Software, um die experimentellen Parameter von der Software an die Konsole zu senden und Energie des Hauptfeldmagneten. </li><li> Stellen Sie das Hauptmagnetfeld bis 9 mT. </li><li> Stellen Sie die Leistungsdämpfung Regler auf 50 dB, und schalten Sie den 7-W-Hochleistungsverstärker. </li></ol></li></ol> 4. Ausführungvon Rapid Scan Experiment Hinweis: Besondere Anweisungen im Zusammenhang mit der Analyse von Phantomen enthält BMPO-OH 24, pH - empfindliche TAM Radikale 19,27 und redoxsensitiven dinitroxides 28 sind in der Literatur zur Verfügung gestellt. <ol style="margin-left: 40px;"><li> Leistungssättigung von Standard Nitroxid Probe Anmerkung: Es ist vorteilhaft, eine Stromsättigungskurve auf einem Standard Nitroxidradikal Probe unter den gleichen Versuchsbedingungen zu tun, die verwendet werden, um Radikale empfindlich auf pH-Wert oder Redox-Status zu suchen. <ol><li> Schalten Sie den schnellen Scan-Spulentreiber, mit den Werten aus Abschnitt 1 (Scanfrequenz von 6,8 kHz und Scanbreite von 7 mT). </li><li> Ab 50 dB, sammeln, um eine schnelle Scan-Spektrum mit 100k-Durchschnitt. Verringern Sie die Dämpfung um 3 dB und die Messung wiederholen. Fortsetzen, bis ein Dämpfungsglied Einstellung von 0 dB oder so lange, wie die Isolationsmessung an der Brücke Auslese &lt;0 ist. </li><li> Transfer ter roh schnelle Scan-Daten in ein Entfaltungs-Programm (zB in Matlab geschrieben) und verarbeiten die Rohdaten in das Absorptionsspektrum. </li><li> Geben Sie die Scanfrequenz, Wobbelbreite, die Anzahl der Punkte, und die Zeit in das Programm, und starten Sie das Programm das rohe schnelle Scan-Signal in ein Absorptionssignal zu verarbeiten. </li><li> Zeichnen Sie die Amplitude des Absorptionssignals in Abhängigkeit von der Quadratwurzel Leistung (in Watt) fällt auf den Resonator. In dem nicht-sättigenden Regime ist die Amplitude auf der Quadratwurzel der einfallenden Leistung linear abhängig. </li><li> Setzen Sie eine Trendlinie bei 0,0 beginnt und umfassen alle Datenpunkte, die in den linearen Antwortbereich fallen. Im linearen Antwortbereich, Signalamplitude erhöht proportional zu der Quadratwurzel der Mikrowellenleistung. </li><li> Extrapolieren diesen Trend zu höheren Leistungen und vergleichen Sie die EPR-Signalintensität. Verwenden Sie die höchste Leistung, für die die Signalamplitude nicht mehr als 3% von der hochgerechneten Trendlinie abweichen. in order für die Entfaltungs des schnellen Scan-Signal richtig funktioniert, muss das Signal sein, noch im linearen Antwortbereich in Bezug auf einfallende Leistung. Hinweis: Die Übertragung der rohen schnellen Scan-Daten können über eine Netzwerkverbindung oder über USB-Stick erfolgen. In diesem Fall ist die Übertragung erforderlich, da das Programm Rohdaten (Matlab) zu verarbeiten ist, nicht auf dem gleichen Computer, der Datenerfassungs-Software hat. Der Dekonvolutionsalgorithmus die Rohdaten verarbeitet wird in 29 beschrieben. </li></ol></li></ol>

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<li>Burks, S. R., Bakhshai, M. A., Makowsky, M. A., Muralidharan, S., Tsai, P., Rosen, G. M., Kao, J. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((2H%2C+15N-Substituted+nitroxides+as+sensitive+probes+for+electron+paramagnetic+resonance+imaging%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Org.+Chem%22%5BJournal%5D)">2H, 15N-Substituted nitroxides as sensitive probes for electron paramagnetic resonance imaging.</a> J. Org. Chem. 75, 6463-6467 (2010).</li>
<li>Dhimitruka, I., Bobko, A. A., Hadad, C. M., Zweier, J. L., Khramtsov, V. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Synthesis+and+characterization+of+amino+derivatives+of+persistent+trityl+radicals+as+dual+function+pH+and+oxygen+paramagnetic+probes%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Am.+Chem.+Soc%22%5BJournal%5D)">Synthesis and characterization of amino derivatives of persistent trityl radicals as dual function pH and oxygen paramagnetic probes.</a> J. Am. Chem. Soc. 130 (32), 10780-10787 (2008).</li>
<li>Elajaili, H. B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Electron+spin+relaxation+times+and+rapid+scan+EPR+imaging+of+pH-sensitive+amino-substituted+trityl+radicals%5BTitle%5D)+AND+%22Magn.+Reson.+Chem%22%5BJournal%5D)">Electron spin relaxation times and rapid scan EPR imaging of pH-sensitive amino-substituted trityl radicals.</a> Magn. Reson. Chem. 53 (4), 280-284 (2015).</li>
<li>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. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Imaging+Disulfides+at+250+MHz+to+Monitor+Redox%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Magn.+Reson%22%5BJournal%5D)">Imaging Disulfides at 250 MHz to Monitor Redox.</a> J. Magn. Reson. , (2015).</li>
<li>Tseitlin, M., Rinard, G. A., Quine, R. W., Eaton, S. S., Eaton, G. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Deconvolution+of+sinusoidal+rapid+EPR+scans%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Magn.+Reson%22%5BJournal%5D)">Deconvolution of sinusoidal rapid EPR scans.</a> J. Magn. Reson. 208 (2), 279-283 (2011).</li>
<li>Halpern, H. J., Peric, M., Nguyen, T. D., Spencer, D. P., Teicher, B. A., Lin, Y. J., Bowman, M. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Selective+isotopic+labeling+of+a+nitroxide+spin+label+to+enhance+sensitivity+for+T2+oxymetry%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Magn.+Reson%22%5BJournal%5D)">Selective isotopic labeling of a nitroxide spin label to enhance sensitivity for T2 oxymetry.</a> J. Magn. Reson. 90, 40-51 (1990).</li>
<li>Tsai, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Esters+of+5-carboxyl-5-methyl-1-pyrroline+N-oxide%3A+A+family+of+spin+traps+for+superoxide%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Org.+Chem%22%5BJournal%5D)">Esters of 5-carboxyl-5-methyl-1-pyrroline N-oxide: A family of spin traps for superoxide.</a> J. Org. Chem. 68 (20), 7811-7817 (2003).</li>
<li>Biller, J. R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Frequency+dependence+of+electron+spin+relaxation+times+in+aqueous+solution+for+a+nitronyl+nitroxide+radical+and+perdeuterated-tempone+between+250+MHz+and+34+GHz%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Magn.+Reson%22%5BJournal%5D)">Frequency dependence of electron spin relaxation times in aqueous solution for a nitronyl nitroxide radical and perdeuterated-tempone between 250 MHz and 34 GHz.</a> J. Magn. Reson. 225, 52-57 (2012).</li>
<li>Rosen, G. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Dendrimeric-containing+nitronyl+nitroxides+as+spin+traps+for+nitric+oxide%3A+Ssynthesis%2C+kinetic%2C+and+stability+studies%5BTitle%5D)+AND+%22Macromolecules%22%5BJournal%5D)">Dendrimeric-containing nitronyl nitroxides as spin traps for nitric oxide: Ssynthesis, kinetic, and stability studies.</a> Macromolecules. 36 (4), 1021-1027 (2003).</li>
<li>Bobko, A. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Redox-sensitive+mechanism+of+no+scavenging+by+nitronyl+nitroxides%5BTitle%5D)+AND+%22Free+Radical+Biol.+Med%22%5BJournal%5D)">Redox-sensitive mechanism of no scavenging by nitronyl nitroxides.</a> Free Radical Biol. Med. 36 (2), 248-258 (2004).</li>
<li>Roshchupkina, G. I., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((In+vivo+EPR+measurement+of+glutathione+in+tumor-bearing+mice+using+improved+disulfide+biradical%5BTitle%5D)+AND+%22Free+Radical+Bio.+Med%22%5BJournal%5D)">In vivo EPR measurement of glutathione in tumor-bearing mice using improved disulfide biradical.</a> Free Radical Bio. Med. 45 (3), 312-320 (2008).</li>
<li>Mitchell, D. G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Use+of+Rapid-Scan+EPR+to+Improve+Detection+Sensitivity+for+Spin-Trapped+Radicals%5BTitle%5D)+AND+%22Biophysical+Journal%22%5BJournal%5D)">Use of Rapid-Scan EPR to Improve Detection Sensitivity for Spin-Trapped Radicals.</a> Biophysical Journal. 105 (2), 338-342 (2013).</li>
<li>Bobko, A. A., Dhimitruka, I., Zweier, J. L., Khramtsov, V. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Trityl+radicals+as+persistent+dual+function+pH+and+oxygen+probes+for+in+vivo+electron+paramagnetic+resonance+spectroscopy+and+imaging%3A+Concept+and+experiment%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Am.+Chem.+Soc%22%5BJournal%5D)">Trityl radicals as persistent dual function pH and oxygen probes for in vivo electron paramagnetic resonance spectroscopy and imaging: Concept and experiment.</a> J. Am. Chem. Soc. 129 (23), (2007).</li>
<li>Biller, J. R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Electron+spin-lattice+relaxation+mechanisms+of+rapidly-tumbling+nitroxide+radicals%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Magn.+Reson%22%5BJournal%5D)">Electron spin-lattice relaxation mechanisms of rapidly-tumbling nitroxide radicals.</a> J. Magn. Reson. 236, 47-56 (2013).</li>
<li>Redler, G., Barth, E. D., Bauer, K. S., Kao, J. P. Y., Rosen, G. M., Halpern, H. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((In+vivo+electron+paramagnetic+resonance+imaging+of+differential+tumor+targeting+using+cis-3%2C4-di%28acetoxymethoxycarbonyl%29-2%2C2%2C5%2C5-tetramethyl-1-pyrrolidinyloxyl%5BTitle%5D)+AND+%22Magn.+Reson.+Med%22%5BJournal%5D)">In vivo electron paramagnetic resonance imaging of differential tumor targeting using cis-3,4-di(acetoxymethoxycarbonyl)-2,2,5,5-tetramethyl-1-pyrrolidinyloxyl.</a> Magn. Reson. Med. 71 (4), 1650-1656 (2013).</li>
</ol>

Wir haben nichts offenzulegen.

Rapid-Scan-Signale haben eine höhere Frequenzkomponenten als CW, und erfordern eine größere Resonatorbandbreite auf Linienbreite abhängig, Ruhezeiten und die Geschwindigkeit der S-Scans. Die Bandbreite für ein bestimmtes Experiment erforderlich ist, basierend auf der Linienbreite und der Abtastgeschwindigkeit des Magnetfeldes (Gleichung 2). In Abhängigkeit von den Relaxationszeiten der Sonde untersucht (T 2 und T 2 *), und die Abtastgeschwindigkeit können Schwingungen an der Hinterkante des Signals...

Im Vergleich zu anderen medizinischen Bildgebungsverfahren, Elektronenspintomographie (EPRI) ist einzigartig in der Lage , um quantitativ Bild physiologischen Eigenschaften , einschließlich pH 1-3, pO 2 4-7 Temperatur 8, Perfusion und Lebensfähigkeit von Gewebe 9, Mikroviskosität und einfache Verbreitung von kleine Moleküle 10 und oxidativen Stress 11. Die Einschätzung der Leichtigkeit der Disulfid - Spaltung durch Glutathion (GSH) in Gewebe und Zellen 12,13 auf Redox - Status melden. Für in - vivo - Bildgebung, EPR im Frequenzbereich zwischen 250 MHz und 1 GHz gewählt wird , da diese Frequenzen eine ausreichende Tiefe der Gewebepenetration bereitzustellen (bis zu einigen cm) Bilder für kleine Tiere zu erzeugen , in der Intensitäten sind nicht durch dielektrische Verlusteffekte vermindert. Höhere Frequenzen, wie beispielsweise 9,5 GHz 14 (X-Band) und 17 GHz (K u -Band) 15,16 können zur Bildgebung von Haut und Haar oder einzelne Zellen verwendet werden ,, beziehungsweise. Der Erfolg von EPRI bei allen Frequenzen hängt von paramagnetischen Spin-Sonden, die für Gewebe spezifisch sind, so dass ihre Position und Schicksal abgebildet werden kann. Wenn die Umgebung eines Elektronenspinsonde räumlich heterogen ist, ist das ESR-Spektrum der Summe der Beiträge von allen Standorten. Spectral-räumliche Abbildung teilt das Volumen der Probe in ein Array von kleinen räumlichen Segmente und berechnet das EPR - Spektrum für jedes dieser Segmente 17. Dies ermöglicht die Zuordnung der lokalen Umgebung durch die räumliche Variation in der EPR-Spektrum zu messen. Magnetfeldgradienten verwendet räumliche Informationen in EPR-Spektren zu kodieren, die Projektionen genannt werden. Die spektrale-räumliches Bild wird aus diesen Projektionen 18,19 rekonstruiert. In RS-EPR wird das Magnetfeld durch Resonanz in einer Zeit abgetastet , die kurz relativ zur Elektronenspin Relaxationszeiten (Abbildung 2) 20,21 ist. D<html> econvolution des Schnellscansignal gibt das Absorptionsspektrum, das mit dem ersten Integral des herkömmlichen ersten Ableitung CW-Spektrum entspricht. Die S-Scan-Signal in Quadratur erfaßt wird, so daß beide Absorptions- und Dispersionskomponenten des Spinsystems Antwort gemessen werden. Dies ist das Sammeln im wesentlichen die doppelte Datenmenge pro Zeiteinheit. Die Sättigung des Signals in einem schnellen Scan Experiment geschieht bei höheren Leistungen als für CW, so höhere Leistungen können für die Sättigung ohne Bedenken verwendet werden. 20,22 Viele weitere Mittelwerte pro Zeiteinheit im Vergleich zu CW getan werden kann. Höhere Leistung, direkte Quadraturerfassung und mehr Mittelwerte pro Zeiteinheit kombinieren schnelle Scan ein besseres Signal-Rausch-Verhältnis (SNR) zu geben, insbesondere bei hohen Gradienten Projektionen, die räumliche Trennung zu definieren, um eine höhere Bildqualität führt. Zu erreichen , etwa die gleiche SNR für ein Bild eines Phantoms etwa 10 mal erforderlich , so lange für CW wie für die schnelle Abtastung 23. Zelt &quot;&gt; Die erhöhte SNR ermöglicht auch Experimente bei 250 MHz mit geringer Konzentration Spin - Trap - Addukte , die durch die Reaktion von OH mit 5-tert-Butoxycarbonyl-5-methyl-1-pyrroline- N -Oxid (BMPO-OH) , die gebildet würde unsichtbar für die CW - Methode 24. Dinitroxides mit einem Disulfid - Linkers verbunden sind empfindlich gegenüber Spaltung durch Glutathion, und kann auf die zelluläre Redox - Status so melden. Equilibrium, abhängig von der Konzentration von Glutathion vorhanden, zwischen den di- und mono-Radikal Formen existiert. diese Änderungen beobachten erfordert Erfassung des gesamten 5 mT breites Spektrum und kann viel schneller mit einer schnellen Scan EPR im Vergleich zu Schritt das Magnetfeld in einem CW-Experiment erreicht werden. Eine vollständige schnelle Scan-System besteht aus vier Teilen: dem Spektrometer, das Hauptfeldmagneten, der schnelle Scan-Spulentreiber und die schnelle Scan Quer Schleifen-Resonator. Das Spektrometer und die Hauptfeldmagneten haben die gleiche Funktion wie in einem CW-Experiment, das Haupt Zeeman-Feld Einstellungund Sammeln der Daten von dem Resonator. Die schnelle Scan-Spulentreiber erzeugt die Sinus Scan Strom, der auf den schnellen Scan Quer Schleifenresonators in speziell entwickelten schnellen Scan-Spulen geht. Die schnellen Abtastspulen auf der schnellen Scanquer loop Resonators erzeugen einen großen homogenen Magnetfeld, das bei Frequenzen zwischen 3 und 15 kHz gewobbelt wird.

<table><tbody><tr><td>4-Oxo-2,2,6,6-tetra(2H3)methyl-1-(3,3,5,5-2H4,1-15N)piperdinyloxyl (15N-PDT)</td><td>CDN-Isotope&nbsp;</td><td>M-2327</td><td>98 % Atom 15N, 98 % Atom D, Quebec</td></tr><tr><td>Kanada 4-1H-3-carbamoyl-2,2,5,5-tetra(2H3)methyl-3-pyrrolinyloxyl (15N-mHCTPO)</td><td>N/A</td><td>N/A</td><td>synthetisiert in U. Maryland und beschrieben in Referenz 29</td></tr><tr><td>3-Carboxy-2,2,5,5-tetra(2H3)methyl-1-(3,4,4-2H3,1-15N)pyrrolidinyloxyl (15N-Proxyl)</td><td>N/A</td><td>N/A</td><td>Synthetisiert in U. Maryland und beschrieben in Referenz 25</td></tr><tr><td>4 mm Quarz EPR Rohre</td><td>Wilmad Glass</td><td>707- SQ-100M</td><td></td></tr><tr><td>4-oxo-2,2,6,6-tetra(2H3)methyl-1-(3,3,5,5-2H4)Piperdinyloxyl (14N-PDT)</td><td>CDN-Isotope</td><td>D-2328</td><td>98% Atom D, Quebec Kanada</td></tr><tr><td>pH-empfindliches Tritylradikal (aTAM4)</td><td>Ohio State University</td><td>N/A</td><td>Synthetisiert an der Ohio State University Universität und beschrieben in Referenz 26</td></tr><tr><td>Kaliumphosphat, monobasisch</td><td>J.T. Baker Chemicals</td><td>1-3246</td><td></td></tr><tr><td>6 mm Quarz EPR Rohre</td><td>Wilmad Glas</td><td>Q-5M-6M-0-250/RB</td><td></td></tr><tr><td>8 mm Quarz EPR Rohre</td><td>Wilmad Glas</td><td>Q-7M-8M-0-250/RB</td><td></td></tr><tr><td>5-tert-Butoxycarbonyl-5-methyl-1-pyrrolin-N-oxid (BMPO)</td><td>N/A</td><td>N/A N/A</td><td>Synthetisiert in U. Maryland und beschrieben in Referenz 30</td></tr><tr><td>Wasserstoffperoxid</td><td>Sigma Aldrich</td><td>H1009 SIGMA</td><td>30%</td></tr><tr><td>16 mm Quarz EPR-Rohr</td><td>Wilmad Glass</td><td>16-7PP-11QTZ</td><td></td></tr><tr><td>Mitteldruck 450 W UV-Lampe</td><td>Hanovia</td><td>679-A36</td><td>Fairfield, NJ</td></tr><tr><td>L-Glutathion, reduziert</td><td>Sigma Aldrich</td><td>G470-5</td><td></td></tr><tr><td>Nitronyl</td><td>NA</td><td>N/A</td><td>Synthetisiert in U. Maryland und beschrieben in Referenz 31</td></tr><tr><td>Natriumhydroxid&nbsp;</td><td>J.T. Baker Chemikalien</td><td>1-3146</td><td></td></tr></tbody></table>

rapid-scan-elektronenspinresonanz eröffnet neue wege für imaging physiologisch wichtige parameter<em&gt; in vivo</em

Rapid Scan Electron Paramagnetic Resonance Opens New Avenues for Imaging Physiologically Important Parameters In Vivo

Wir zeigen ein überlegenes Verfahren zur 2D - spektral-räumlichen Abbildung von stabilen Rest Reportermoleküle bei 250 MHz unter Verwendung von Rapid-Scan - Elektronen-paramagnetischen-Resonanz (RS-EPR), die quantitative Informationen unter in vivo - Bedingungen auf die Sauerstoffkonzentration liefern kann, pH, Redox Status und die Konzentration der signal~~POS=TRUNC (dh OH •, NO •). Die RS-EPR-Technik eine höhere Empfindlichkeit, eine verbesserte räumliche Auflösung (1 mm) und kürzere Erfassungszeit im Vergleich zu der Standard-Dauerstrich (CW) -Technik. Eine Vielzahl von Phantom Konfigurationen wurden mit räumlicher Auflösung getestet, die 1 bis 6 mm variiert, und die spektrale Breite der Reportermoleküle im Bereich von 16 uT (160 mG) bis 5 mT (50 G). Ein Quer Schleife bimodale Resonator abkoppelt Anregung und Detektion, das Rauschen zu reduzieren, während der schnelle Scan-Effekt mehr Leistung ermöglicht vor der Sättigung Eingabe in das Spin-System sein, das EPR-Signal zu erhöhen. Diesführt zu einer wesentlich Signal-zu-Rausch-Verhältnis höher ist als in herkömmlichen Versuchen CW EPR.

Das Produkt des Experiments ist ein Satz von Projektionen, die in zweidimensionale rekonstruiert werden (eine Spektrallinie, eine räumliche) Bilder mit einer falschen Farbskala Signalamplitude zu repräsentieren. Deep blue bezeichnet Baseline, wo kein Signal vorhanden ist, grün ist geringer Amplitude und Rot ist am höchsten. Scheiben entlang der x-Achse (spektrale Dimension) zeigen das Signal EPR (EPR-Übergang) auf einer Magnetfeldachse. Entlang der y-Achse (räumliche Abmessung), die Tren...

Eine neue Elektronenspinresonanz (EPR) Verfahren, schnelle Scan - EPR (RS-EPR) wird für 2D - spektrale räumliche Abbildung gezeigt , die auf die traditionelle kontinuierliche Welle (CW) Technik überlegen ist , und eröffnet neue Orte für in - vivo - Bildgebung. Die Ergebnisse werden bei 250 MHz gezeigt, aber die Technik ist bei jeder Frequenz anwendbar.

Rapid-Scan-Elektronenspinresonanz eröffnet neue Wege für Imaging Physiologisch Wichtige Parameter<em&gt; In Vivo</em

We demonstrate a superior method of 2D spectral-spatial imaging of stable radical reporter molecules at 250 MHz using rapid-scan ...

Das übergeordnete Ziel der schnellen Abtast-Elektronen-Paramagnetresonanz-Imaging-Technik, oder RSEPRI, besteht darin, quantitative Informationen über die Sauerstoffkonzentration, den pH-Wert, den Redoxzustand und die Konzentration von Signal­molekülen bereitzustellen, die für die biomedizinische Forschung nützlich sind. EPRI ist ein Werkzeug, das verwendet werden kann, um zentrale Fragen in der Krebsforschung bezüglich des Tumorumfelds zu beantworten. Der Hauptvorteil der schnellen Abtast-EPR-Bildgebung liegt darin, dass man in kürzerer Zeit mehr Informationen gewinnen kann und dabei eine größere Vielfalt an Sondenmolekülen nutzen kann im Vergleich zur kontinuierlichen Wellen- oder CW-EPR-Bildgebung. Die Moleküle, die auf den Redoxzustand oder den pH-Wert empfindlich reagieren, sind ein gutes Beispiel dafür, wo die schnelle Abtastung mittels EPRI besonders gut geeignet ist. Beginnen Sie dieses Verfahren mit der Berechnung der experimentellen Bedingungen für die schnelle Abtastung, wie im Textprotokoll beschrieben. Ein wichtiger Aspekt der schnellen Abtastung besteht darin, die Abhängigkeit des Signals von der Bandbreite des Resonators und den experimentellen Bedingungen, wie der B

rapid-scan-electron-paramagnetic-resonance-opens-new-avenues-for

Research

Forschung

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Diese Arbeit beschreibt die grundlegenden Verfahren der nichtinvasiven Kleintier-MRT und...

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Dieses Protokoll beschreibt eine Methode für Mikrometer-Skala dreidimensionale Bildgebung der Sauerstoffkonzentration in der unmittelbaren Umgebung der lebenden Zellen durch Elektronen-Spin-Resonanz-Mikroskopie.

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Bioimaging Methoden zur Zelle Bioverteilung von Nanopartikeln zu beurteilen sind anwendbar für therapeutische und diagnostische Überwachung von nanoformulated Verbindungen. Die hierin beschriebenen Verfahren sind sensitiver und spezifischer als durch histologische Koregistrierung beurteilt. Die Methoden liefern eine translatorische Weg von Nagetieren auf Menschen-Anwendungen.

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Low-Bereich (L-Band, 1,2 GHz) Elektron paramagnetischen Resonanz mit löslichen Nitroxyl und Trityl Sonden wird zur Beurteilung der physiologisch wichtigen Parameter in den Tumor Mikroumgebung in Mausmodellen von Brustkrebs gezeigt.

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Dieser Artikel beschreibt bestimmte Methoden um biochemische Menge Waschmittel solubilisiert TRPV1 für spektroskopische Analyse zu erhalten. Die kombinierte Protokolle bieten Biochemische und biophysikalische Werkzeuge, die angepasst werden können, um die strukturelle und funktionelle Studien für Säugetier-Ionenkanäle in einer Membran-kontrollierten Umgebung zu erleichtern.

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Die stimulierte Raman-Streuung (SRS) -Mikroskopie ermöglicht eine markierungsfreie Bildgebung von Biomolekülen basierend auf ihrer intrinsischen Schwingung spezifischer chemischer Bindungen. In diesem Protokoll wird der instrumentelle Aufbau eines integrierten SRS- und Zwei-Photonen-Fluoreszenzmikroskops beschrieben, um zelluläre Strukturen im Rückenmark lebender Mäuse sichtbar zu machen.

Im lebenden Organismus Bildgebung von biologischem Gewebe mit kombinierter Zwei-Photonen-Fluoreszenz und stimulierter Raman-Streumikroskopie

Wir stellen ein Protokoll vor, um metabolische Aktivitäten in Zellen, die durch Aminosäuren reguliert werden, direkt sichtbar zu machen, indem wir Deuteriumoxid (schweres Wasser D2O) mit sondierter stimulierter Raman-Streuung (DO-SRS) verwenden, die in die Zwei-Photonen-Anregungsfluoreszenzmikroskopie (2PEF) integriert ist.

Bioorthogonale chemische Bildgebung des Zellstoffwechsels, der durch aromatische Aminosäuren reguliert wird

Quantitative 3D-Sauerstoffkarten von murinen Tumoren wurden nichtinvasiv mit Hilfe der Pulselektronen-Paramagnetischen Resonanz abgebildet. Ultraschall B-Modus und Power-Doppler wurden für die Anatomie und den Gefäßaufbau eingesetzt. Bilder aus beiden Modalitäten wurden überlagert, um eine multiparametrische Tumoranalyse zu ermöglichen.

Beurteilung der Tumorhypoxie: In vivo 3D-Sauerstoffbildgebung durch paramagnetische Elektronenresonanz 

Unter Verwendung einer multimodalen Plattform, die markierungsfreie optische Bildgebungsmodalitäten kombiniert, haben wir ein Protokoll zur Visualisierung und Quantifizierung der zellulären Dynamik und des Stoffwechsels entwickelt. Durch Bildgebung mittels Multiphotonenfluoreszenz, Erzeugung der zweiten Harmonischen und stimulierte Raman-Streumikroskopie können wir einen ganzheitlichen Überblick über die zelluläre und molekulare Umgebung erhalten.

Multimodale optische Bildgebungsplattform zur Untersuchung des zellulären Stoffwechsels

Erfahren Sie Rapid-Scan-Elektronenspinresonanz für biomedizinische Bildgebung mit quantitativen Daten zu Sauerstoff, pH und Redoxstatus. Diese Methode ermöglicht schnellere Datenerfassung und verbesserte Tumoranalyse.

Rapid-Scan-Elektronenspinresonanz eröffnet neue Wege für Imaging Physiologisch Wichtige Parameter

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