מאמר שיטה

ראפיד סריקת אלקטרונים פאראמגנטיים תהודה פותחת אפיקים חדשים עבור פרמטרים חשובים מבחינת פיזיולוגית ההדמיה

DOI:

10.3791/54068

⸱

26 בספטמבר 2016

 ,  ,  ,  ,  ,  ,  , 
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

במאמר זה

סיכום

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

תהודה מגנטית אלקטרונית חדשה (EPR) שיטה, מהירה סריקה EPR (RS-EPR), מודגם הדמיה מרחבית רפאים 2D אשר עדיפה על גל מתמשך המסורתית (CW) טכניקה ופותח מקומות חדשים בתחום ההדמיה vivo. תוצאות הם הפגינו ב 250 MHz, אבל הטכניקה ישימה בתדירות כלשהי.

תקציר

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

אנו מדגימים שיטה מעולה של הדמיה ספקטרלית-מרחבית 2D של מולקולות כתב רדיקליות יציבות ב 250 MHz באמצעות מהירה אלקטרוני סורק-פאראמגנטיים תהודה (RS-EPR), אשר יכול לספק מידע כמוני בתנאי vivo ב על ריכוז חמצן, pH, חיזור מצב וריכוז של מולקולות איתות (כלומר, OH •, NO •). טכניקת RS-EPR יש רגישות גבוהה יותר, רזולוציה מרחבית משופרת (1 מ"מ), וזמן רכישה קצר בהשוואת גל מתמשך הסטנדרטית (CW) הטכניקה. מגוון תצורות פאנטום נבדקו, עם רזולוציה מרחבית משתנה מ -1 עד 6 מ"מ, רוחב ספקטרלי של מולקולות הכתב החל 16 μT (160 מ"ג) עד 5 MT (50 G). מהוד bimodal צולבת לולאה decouples עירור וגילוי, הפחתת הרעש, בעוד השפעת הסריקה המהירה מאפשרת יותר כוח להיות קלט למערכת הספין לפני הרוויה, הגדלת אות EPR. זֶהמוביל יחס אות לרעש גבוה משמעותי בניסויי CW EPR קונבנציונליים.

מבוא

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

ביחס שיטות הדמיה רפואיות אחרות, הדמיה פאראמגנטיים תהודה אלקטרונים (EPRI) הוא מסוגל באופן ייחודי תמונה כמותית המאפיינים הפיזיולוגיים כולל pH 1-3, PO 2 4-7, טמפרטורה 8, זלוף ואת הכדאיות של רקמות 9, microviscosity וקלות דיפוזיה של מולקולות קטנות 10 ו חמצוני מתח 11. הערכת וקלות מחשוף דיסולפיד ידי גלוטתיון (GSH) ב רקמות ותאים 12,13 יכול לדווח על מצב חיזור. עבור הדמיה in vivo, EPR בתחום התדרים בין 250 מגה-הרץ ו -1 GHz נבחר בגלל תדרים אלה מספקים עומק מספיק של חדירה לרקמות (עד כמה ס"מ) כדי לייצר הדמיות לבעלי חיים קטנים שבו עוצמות הם לא פחתה על ידי אפקטים הפסד דיאלקטרי. בתדרים גבוהים יותר, כגון 9.5 GHz 14 (X-band) ו -17 ג'יגה-הרץ (K u -band) 15,16 יכול לשמש הדמיה של העור והשיער או תאים בודדים, בהתאמה. ההצלחה של EPRI בכל התדרים תלויה בדיקות ספין פאראמגנטיים ומתאימות עבור רקמות, כך שהמיקום שלו וגורלו עלול להיות צלמו.

אם הסביבה של חללית ספין אלקטרון היא הטרוגני מרחבית, ספקטרום EPR הוא הסכום של תרומות מכל המקומות. הדמיה ספקטרלית-מרחבי מחלק את של נפח הדגימה לתוך מערך של מגזרים מרחבית קטנים ומחשבת את ספקטרום EPR עבור כל אחד מהתחומים אלה 17. זה מאפשר מיפוי של הסביבה המקומית, מדידת וריאציה המרחבית בספקטרום EPR. הדרגתיים שדה מגנטיים משמשים לקידוד מידע מרחבים לתוך ספקטרום EPR, אשר נקראים תחזיות. תמונת הרפאים-מרחבים הוא משוחזרת תחזיות אלה 18,19.

ב- RS-EPR השדה המגנטי נסרק באמצעות תהודה בתוך זמן כי היא יחסית קצרה פעמים הרפיה ספין האלקטרון (איור 2) 20,21. D econvolution של האות המהירה הסריקה נותן את ספקטרום הספיגה, שהוא שווה ערך ל האינטגרל הראשון של הספקטרום ראשון נגזר CW הקונבנציונלי. האות המהירה הסריקה מזוהית נצב, כך ששני רכיבי הקליטה ופיזור של תגובת מערכת הספין נמדדים. זה בעצם אוסף פעמים את כמות הנתונים ליחידה זמן. הרוויה של האות בניסוי סריקה מהיר קורית סמכויות גבוהות יותר עבור CW, ולכן ניתן להשתמש כוחות עליונים ללא חשש רוויה. 20,22 ממוצעים רבים ניתן לעשות יותר ליחידה זמן בהשוואת CW. כוח עליון, זיהוי נצב ישיר ועוד ממוצעים ליחידה זמן לשלב לתת סריקה מהירה, יחס אות לרעש (SNR), במיוחד שיפוע גבוה תחזיות מגדירי פרדה מרחבית, המוביל באיכות גבוהה תמונות טוב יותר. כדי להשיג בערך באותו יחס אות לרעש עבור תמונה של רוח רפאים נדרש כ -10 פעמים, כל עוד עבור CW ובאשר סריקה מהירה 23.

אוהל "> ה- SNR גדל גם מאפשר ניסויים ב 250 MHz עם adducts מלכודת ספין ריכוז נמוך נוצר על ידי תגובה של OH עם 5-טרט-butoxycarbonyl-5-מתיל-1-pyrroline- -oxide N (BMPO-OH) אשר יהיה סמוי מן שיטת CW 24. Dinitroxides מחובר עם מקשר דיסולפיד רגיש מחשוף ידי גלוטתיון, ולכן יכול לדווח על מצב חיזור הסלולר. שיווי משקל קיים, תלוי בריכוז של הווה גלוטתיון, בין צורות דוּ וחד-רדיקליים. התבוננות שינויים אלה דורש ללכוד של ספקטרום 5 mT הרחב במלואו, והוא יכול להיות מושגת הרבה יותר מהר עם EPR סריקה מהירה לעומת דריכת השדה המגנטי ניסוי CW.

מערכת סריקה מהירה מלאה מורכבת מארבעה חלקים: ספקטרומטר, מגנט השדה הראשי, נהג סליל הסריקה המהיר, ואת המהוד צולב לולאת סריקה המהירה. ספקטרומטר ופונקצית מגנט השדה הראשי הזהה בניסוי CW, הגדרת שדה זימן הראשיואיסוף הנתונים מן המהוד. נהג סליל הסריקה המהיר מייצר זרם סריקת סינוסי שהולך לפקעות סריקה מהירות במיוחד על המהוד צולב לולאת סריקה המהירה. הסלילים סריקה מהירה על מהוד צולבות לולאה סריקה מהירה ליצירת שדה מגנטי הומוגני גדול, אשר נסחף בתדרים בין 3 ל 15 קילוהרץ.

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

פרוטוקול

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

התקנת 1. של נהג קויל הסריקה המהיר ב 250 MHz

  1. חישוב תנאי הניסוי סריקה מהירה
    הערה: הפרמטר החשוב ביותר RS-EPR הוא קצב סריקה, α, שהוא התוצר של תדר סריקה ורוחב סריקה (משוואה 3). עבור רוחבי סריקה צר, קצב סריקה מהירה יותר משמש, ועבור רוחבי לגמוא מרחב גדול יותר, קצב סריקה איטי משמש. ההנחיות הבאות צעד דרך במקרה האחרון ולהראות כיצד להגיע פרמטרי נהג סליל ניסיוני של רוחב לטאטא 7 MT ו 6.8 kHz תדר סריקה.
    1. לקבוע את רוחב הפס מהוד (מיל BW).
      figure-protocol-1 (1)
      איפה מיל v הוא תדר ההפעלה של מהוד ו- Q הוא הגורם איכות. Q = 90, נפוץ מהוד הסריקה המהיר על מנת לקבל את נתוני נציג תוצאות.
    2. קבע את קצב הסריקה המהיר, α, כלשחב את רוחב הפס מהוד figure-protocol-2 (2)
      figure-protocol-3

      כאשר N הוא קבוע בדרך כלל שנבחרו באופן שמרני להיות 5-6, עמ 'ΔB הוא שיא-לשיא linewidth נגזרים MT, וכן הוא קצב סריקה אם T / s עבור linewidth הלורנצי.
      הערה: ערך משותף רדיקלים בסעיף המייצג figure-protocol-4 = 0.1 MT. לשם השוואה עם ספרות סריקה מהירה קודם לכן; משוואה 2 נגזרה על ידי קביעת רוחב הפס של האות (sig BW) שווה מיל BW.
    3. מהי תדירות הסריקה המהירה המרבי המותר על פי שיעור.
      figure-protocol-5 (3)
      figure-protocol-6
      שם W הוא רוחב של SCAn ו- f הוא תדר הסריקה. רוחב לטאטא של 7 mT יכסה 100% של הספקטרום עבור בדיקות נוכחיות נעשו שימוש in vivo. השתמש בערך זה לבין השיעור מחושב (משוואה 2) כדי לקבוע את תדירות הסריקה.
      figure-protocol-7
  2. מבחר קבלי כוונון ושלמות נהג סליל סריקה מהיר
    הערה: נהג סליל הסריקה המהיר הוא בדרך כלל לרוץ במצב הדהד יצירת גל סינוסי. תהודה מתרחשת בתדירות סריקה שבו reactances אינדוקטיבי קיבולים הם סימני גודל וממול שווים, כך ההיגב הכולל הוא קרוב לאפס.
    1. קבע את הקיבול הראוי עבור התדר שנקבע 1.1.3 באמצעות השראות, L, של סלילי סריקה המהירים (משוואת 4).
      figure-protocol-8
      figure-protocol-9
    2. מחלקי C TOT מ (משוואה 4) בחצי כדי לקבל את ערכי קבלים עבור כל צד של קופסא קבלי נהג סליל.
      figure-protocol-10
      figure-protocol-11
      הערה: נהג סליל הסריקה המהיר יש שני מגברים. בעת בחירת קבלים, תיבת הקבל צריכה להיות מאוזנת עם קיבול שווה בכל צד של התיבה. שני הצדדים הם בסדרה.
    3. פתח את המכסה העליון של תיבת קבלים וכנס קבלים משני הצדדים כי הם שווים לערך שנקבעו בשלב 1.2.2.
    4. החזר את החלק העליון של תיבת קבלים והבריגו אותו כדי לוודא שהוא נשאר.
    5. שימוש בלוח הקדמי של הנהג סליל הדהד, להתאים את תדר המוצא עד גל סינוסי יש את המשרעת המקסימלית.

2. הכנת ריאגנטים פנטומים

  1. הכנת ראדירשיונות CAL
    1. הסר 15 N-PDT מהמקפיא ולאפשר את המיכל כדי להגיע לטמפרטורת החדר (10-15 דקות).
    2. תשקול 1.4 מ"ג של 15 N-PDT באמצעות איזון אנליטיים.
    3. להוסיף 1.4 מ"ג של 15 N-PDT ל -15 מ"ל דה מיונן (DI) H 2 O ריכוז סופי של 0.5 מ"מ.
      הערה: 4-אוקסו-2,2,6,6-טטרה (2 H 3) מתיל-1- (3,3,5,5- 2 H 4, 1- 15 N) piperdinyloxyl (15 N-PDT), 4- 1 H-3-carbamoyl-2,2,5,5-טטרה (2 H 3) מתיל-3-pyrrolinyloxyl (15 N-mHCTPO) ו -3 קרבוקסי-2,2,5,5-טטרה (2 H 3) מתיל-1- (3,4,4- 2 H 3, 1- 15 N) pyrrolidinyloxy (15 N-Proxyl) 25 (איור 1E-G) יש רדיקלים יציבות לטווח ארוך (2 שנים) בתמיסה מימית בטמפרטורת החדר. הצורות המוצקות שלהם בדרך כלל מאוחסנות במקפיא או במקרר כדי לשמור רדיקלים אלה יציבים במשך שנים.היציבות של רדיקלים nitroxide כללי להפוך אותם רעילה, וההכנה שלהם יכולה להיעשות על benchtop רגיל כאשר הממס הוא מים. בעת שימוש בממסים אורגניים, להכין פתרונות nitroxide בתוך במנדף בעוד לבוש עם ציוד המגן האישי הנכון (PPE).
  2. הכנת רדיקלים trityl pH רגיש
    1. תשקול 0.7 מ"ג מתיל triaryl רדיקלי (ATAM 4) 26 רדיקלי (1,400 g / mol) ו להתמוסס 200 μl של אתנול אבסולוטי.
    2. לשקול 0.00681 גרם של KH 2 4 PO (136.1 g / mol) ו להתמוסס במים DI 50 מ"ל ריכוז סופי של 1 מ"מ.
    3. לשקול 2.8 גרם של KOH (56 g / mol) ו להתמוסס 50 מ"ל מים DI עבור ריכוז סופי של 1 מ '
    4. להוסיף KOH טיפה חכם למאגר פוספט (2.2.2) כדי להתאים את ה- pH של 7.0.
    5. להוסיף 800 μl של חיץ פוספט 1 מ"מ ו 200 μl של ATAM 4 באתנול מוחלט עבור קונצרט כלשהו סופיentration של 0.5 מ"מ 80:20 חיץ: אתנול.
    6. חזור על שלבי 2.2.1-2.2.5 ליצור מדגם 4 ATAM ב- pH = 7.2.
    7. מניחים את ATAM 4, pH = 7.0 ATAM 4, pH = 7.2 לתוך צינורות מדגם קוורץ נפרד 6 מ"מ.
    8. מניחים שני צינורות EPR קוורץ 6 מ"מ לתוך צינור EPR קוורץ 16 מ"מ, עם spacer קלקר בעובי 2 מ"מ בין.
      הערה: קירות שפופרת קוורץ מדגם 0.5 מ"מ עובי, ו בנוסף spacer 2 מ"מ להניב ההפרדה 3 מ"מ בין דגימות ATAM. הרדיקלים trityl pH רגיש לשמש היו מסונתז באוניברסיטת אוהיו 26. הדוגמא ששמשה הדמיה נקראת ATAM 4. התגובה המהווה את הרגישות pH מוצג באיור 1 א.
  3. הדור של BMPO-OH
    1. תשקלי 680 מ"ג של KH 2 PO 4 ו להתמוסס במים DI 100 מ"ל ריכוז סופי של 50 מ"מ.
    2. הוסף 1 M KOH טיפה חכםלמאגר פוספט pH = 7.3.
    3. תשקול 50 מ"ג של BMPO (199.25 g / mol).
    4. מערבבים את 50 מ"ג של BMPO עם 5 מ"ל של חיץ פוספט בתוך שפופרת הקרנה קוורץ 16 מ"מ.
    5. הוספת 100 μl של מי חמצן 300 מ"מ.
    6. מקרין את תערובת צינור קוורץ הקרנת 16 מ"מ עם מנורת UV W בינונית בלחץ 450 במשך 5 דקות.
    7. שימוש pipet העברת זכוכית, להעביר 2.5 מ"ל של תמיסת BMPO-OH מוקרן מתוך שפופרת קוורץ הקרנה ולתוך צד אחד של הצינור מדגם קוורץ 16 מ"מ עם מחיצה 3 מ"מ.
    8. מעבירים את 2.5 מ"ל של מוקרן BMPO-OH שנותרו אל הצד השני של הצינור מדגם קוורץ 16 מ"מ עם מחיצה 3 מ"מ.
  4. הכנת dinitroxide הרדיקלי
    1. תשקלי 24.7 מ"ג של 2 H, 15 N-דיסולפיד dinitroxide (תרשים 1C) ב 1 מ"ל DMSO עבור פתרון המניות של 47.5 מ"מ.
    2. הכן 10 מ"מ טריס חיץ ולהתאים pH 7.2.
    3. קח 40μl dinitroxide פתרון המניות לדלל עם טריס חיץ לריכוז סופי של 1 מ"מ.
    4. מניחים 250 μl של פתרון dinitroxide חיץ בתוך שפופרת מדגם קוורץ 16 מ"מ עם מחיצה 10 מ"מ במרכז.
    5. תשקלי 154 מ"ג גלוטתיון ולהוסיף 5 מ"ל של חיץ טריס ריכוז סופי של 100 מ"מ.
    6. הוסף 5 μl של פתרון גלוטתיון 100 מ"מ עד 250 μl של פתרון dinitroxide 1 מ"מ בצד אחד של המחיצה 10 מ"מ להמיר את diradical לתוך monoradical.
  5. הכנת nitronyl nitroxide
    1. הסר את הרדיקלי מהמקפיא ולאפשר את המיכל כדי להגיע לטמפרטורת החדר (10-15 דקות).
    2. תשקול 1.9 מ"ג nitronyl (390 ג '/ mol).
    3. תשקול 0.56 מ"ג של KOH ו להתמוסס 10 מ"ל מי DI עבור ריכוז סופי של 1 מ"מ.
    4. מערבבים את 1.9 מ"ג nitronyl לתוך 10 מ"ל של 1 פתרון מ"מ KOH ריכוז סופי של 0.5 מ"מ nitronyl.
      הערה: אם necessהאר"י, להשתמש vortexer או sonicator כדי solvation המהירות של nitronyl.

Setup 3. של כלי הסריקה המהירה ב 250 MHz

הערה: הכוונון של המהוד עם מדגם מימי של nitroxide רדיקלי, אשר יש השפעה דומה על Q מהוד והשלמות כפתרון חיץ, היא דרך טובה להקים למדגם להיות צלמה

  1. Tune מהוד עם מדגם מימי של nitroxide הרדיקלי.
    1. הכנס את 15 מ"ל של 0.5 מ"מ 15 N-PDT במדגם מים לתוך צינור EPR קוורץ 16 מ"מ.
    2. הכנס את צינור קוורץ לתוך צד זיהוי של המהוד צולב לולאת RS-EPR.
    3. שנה את תדירות המקור המכשיר עד שהוא תואם את התדר של צד זיהוי המכיל את המדגם. שינוי ידני תדר הנושא של מקור 250 MHz על ידי הזין את הערך הרצוי בתוכנה.
    4. שינוי התדירות של צד העירור כדי להתאים את frequenבמינים של מקור הניסוי בצד זיהוי של המהוד. שינוי התדירות של צד העירור על ידי סיבוב קבלים משתנים בתוך חלל המהוד על פי הפרוטוקול של היצרן.
  2. הגדרת מסוף Instrument ו מגנט ראש
    1. הפעל את ספקטרומטר ולבחור ניסוי אשר רשום נתונים חולפים עם זמן על abscissa.
    2. בתוך התוכנה, להגדיר את מספר הנקודות 65,536 ובסיס זמן 10 NSEC.
    3. הגדר את המספר ממוצע ל -10,000 עבור איתות חזקה או צרה, וכדי 45,000 עבור אות רחבה או חלשה.
    4. לחצו על כפתור ה "לעסוק" בתוכנה כדי לשלוח את הפרמטרים של הניסוי מהתוכנה למסוף ולהמריץ את המגנט השדה הראשי.
    5. הגדר את השדה המגנטי העיקרי 9 MT.
    6. העבירו את חוגת הנחתה כוח ל -50 dB, ולהדליק את מגבר הכוח 7 W גבוה.

ביצוע 4.של ניסוי ראפיד סריקה

הערה: הנחיות ספציפיות הקשורות לניתוח של רוחות רפאים המכילים BMPO-OH 24, רדיקלים TAM הרגישים pH 19,27 ו dinitroxides החיזור הרגיש 28 ניתנים בספרות.

  1. רווית כוח של מדגם nitroxide תקן
    הערה: זהו יתרון לעשות עקומה הרוויה כוח על מדגם רדיקלי nitroxide תקן באותם תנאי הניסוי אשר ישמשו להסתכל רדיקלים רגישים pH או מצב חיזור.
    1. הפעל את מנהל התקן סליל הסריקה המהיר, עם הערכים מסעיף 1 (תדירות סריקה של 6.8 kHz ורוחב סריקה של 7 mT).
    2. החל מ 50 dB, לאסוף קשת סריקה מהירה עם 100k ממוצע. להקטין את ההנחתה על ידי 3 dB וחזור על המדידה. המשך עד הגדרה מחלישה של 0 dB, או לאורך זמן כמו מדידת הבידוד על הודעת הגשר היא <0.
    3. מדבקהוא נתוני סריקה מהירים גלם לתכנית deconvolution (למשל נכתב Matlab) ולעבד את הנתונים הגולמיים לתוך ספקטרום הספיגה.
    4. הזן את תדירות הסריקה, רוחב לטאטא, מספר הנקודות ואת timebase לתוכנית, ולהפעיל את התוכנית לעבד את האות סריקה מהירה גלם לתוך אות קליטה.
    5. מגרש את המשרעת של אות הקליטה כפונקציה של כוח השורש הריבועי (ב ואט) אירוע על המהוד. במשטר הלא להרוות, משרעת תלוי באופן ליניארי על השורש הריבועי של כוח האירוע.
    6. התאם קו המגמה החל מ 0,0 וכוללים את כל נקודות נתונים אשר נופלים לאזור התגובה ליניארי. באזור התגובה ליניארי, עליות משרעת האות פרופורציונלי לשורש הריבועי של כוח מיקרוגל.
    7. לחיץ מגמה זו כוחות עליונים, ולהשוות את עוצמת האות EPR. השתמש בכח הגבוה ביותר עבורו משרעת האות אינה חורגת יותר מ -3% מקו המגמה אקסטרפולציה. יורדr עבור deconvolution של אות הסריקה המהירה כדי לעבוד כמו שצריך, האות עדיין חייבת להיות באזור התגובה ליניארי ביחס לשלטון אירוע.
      הערה: העברת נתוני הסריקה המהירות הגלם יכולה להתבצע גם דרך חיבור רשת או באמצעות כונן אצבע. במקרה זה ההעברה נחוצה מאחר שהתכנית לעבד נתונים גולמיים (Matlab) היא לא על אותו המחשב שבו יש תוכנת איסוף נתונים. אלגוריתם deconvolution מעבדת נתונים גולמיים מתואר 29.

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

תוצאות

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

המוצר של הניסוי היא קבוצה של תחזיות כי משוחזרים לתוך דו מימדי (ספקטרלי אחד, מרחבית אחת) תמונות עם סולם צבעים שווא לייצג משרעת האות. כחול עמוק מציין מחקר שבו אין אות קיימת, ירוק הוא משרעת ואדום נמוכים ביותר. פרוסים לאורך ציר x (ממד ספקטרלי) מתאר את אות EPR (מעבר EPR) על ציר שדה מגנטי. לאורך ציר ה- y (הממד המרחבי), הפרדה בין אותות תואמת את ההפרדה המרחבית פיזי בין דגימות תהודה.

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

דיון

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

אותות Rapid-סריקה יש רכיבי תדר גבוהים יותר CW, ודורשים רוחב פס מהוד גדול תלוי linewidths, פעמי הרפיה, ואת המהירות של סריקות המהירות. רוחב הפס הנדרש בניסוי נתון מבוסס על linewidth ואת קצב הסריקה של השדה המגנטי (משוואה 2). בהתאם פעמי ההרפיה של החללית נחקרת (T 2 ו- T 2 *), ואת קצב הסריקה, תנודות יכולות להופיע נגרר לקצה של האות. לרדיקלים nitroxide עם T 2 ~ 500 NSEC ב 250 MHz (57 th Rocky Mountain כנס תהודה מגנטית, Epel, B, et al., 2...

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

גילויים

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

אין לנו מה לחשוף.

תודות

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

תמיכה חלקית של עבודה זו על ידי NIH מענקים NIBIB EB002807 ו CA177744 (GRE ו SSE) ו P41 EB002034 כדי GRE, הווארד ג 'הלפרן, PI, ועל ידי אוניברסיטת דנבר היא הודתה בהכרת תודה. מארק Tseytlin נתמכה על ידי NIH R21 EB022775, NIH K25 EB016040, NIH / NIGMS U54GM104942. המחברים מודים ולרי Khramtsov, עכשיו באוניברסיטת וירג'יניה המערבית, ואת Illirian Dhimitruka באוניברסיטת אוהיו לסינתזה של רדיקלים TAM pH רגיש, וכדי ג'רלד רוזן יוסף קאו באוניברסיטת מרילנד לסינתזה של mHCTPO , proxyl, BMPO ורדיקלים nitronyl.

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

חומרים

רשימת החומרים שנעשה בהם שימוש במאמר זה
שםחברהמספר קטלוגהערות
4-oxo-2,2,6,6-טטרה(2H3)methyl-1-(3,3,5,5-2H4,1-15N)piperdinyloxyl (15N-PDT)איזוטופים של CDN M-232798% אטום 15N, 98% אטום D, קוויבק קנדה
4-1H-3-carbamoyl-2,2,5,5-טטרה(2H3)methyl-3-pyrrolinyloxyl (15N-mHCTPO)N/AN/Aמסונתז באוניברסיטת מרילנד ומתואר בהתייחסות 29
3-קרבוקסי-2,2,5,5-טטרה(2H3)methyl-1-(3,4,4-2H3,1-15N)pyrrolidinyloxyl (15N-Proxyl)N/AN/Aמסונתז בארה"ב מרילנד ומתואר בהתייחסות 25
4 מ"מ צינורות קוורץ EPR WilmadGlass707- SQ-100M
4-oxo-2,2,6,6-tetra(2H3)methyl-1-(3,3,5,5-2H4)piperdinyloxyl (14N-PDT)CDN איזוטופיםD-232898% אטום D, קוויבק קנדה
רדיקל טריטיל רגיש ל-pH (aTAM4)אוניברסיטת אוהיו סטייטN/Aמסונתז במדינת אוהיו אוניברסיטה ומתוארת בהתייחסות 26
Potassum Phosphate, MonobasicJ.T. Baker Chemicals1-3246
6 מ"מ צינורות קוורץ EPR WilmadGlassQ-5M-6M-0-250/RB
8 מ"מ צינורות קוורץ EPR WilmadGlassQ-7M-8M-0-250/RB
5-tert-butoxycarbonyl-5-methyl-1-pyrroline-N-oxide (BMPO)N/AN/A N/Aמסונתז באוניברסיטת מרילנד ומתואר בהתייחסות 30
מי חמצןSigma AldrichH1009 SIGMA30%
16 מ"מ צינור קוורץ EPRWilmad Glass16-7PP-11QTZ
לחץ בינוני 450 W מנורת UVHanovia679-A36Fairfield,
NJ L-Glutathione, מופחתSigma AldrichG470-5
NitronylNAN/Aמסונתז באוניברסיטת מרילנד ומתואר בהתייחסות 31
נתרן הידרוקסיד ג'יי טי בייקר כימיקלים1-3146

מקורות

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  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).

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

הדפסות חוזרות והרשאות

בקש הרשאה לשימוש חוזר בטקסט או באיורים של מאמר JoVE זה

בקש הרשאה

תגיות

EPRIn VivopHRedoxCross loop Resonator

מאמרים קשורים