Методическая статья

Быстрое сканирование электронного парамагнитного резонанса открывает новые возможности для обработки изображений Физиологически Важные параметры

DOI:

10.3791/54068

⸱

26 сентября 2016 г.

 ,  ,  ,  ,  ,  ,  , 
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

В этой статье

Краткое содержание

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

Метод новый метод электронного парамагнитного резонанса (ЭПР), быстрое сканирование ЭПР (RS-ЭПР), демонстрируется для 2D спектральной пространственной визуализации , которая превосходит традиционные непрерывного излучения (CW) техники и открывает новые места для визуализации в естественных условиях. Результаты продемонстрированы на частоте 250 МГц, однако данный метод применим при любой частоте.

Аннотация

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

Мы демонстрируют превосходный метод 2D спектрально-пространственной визуализации стабильных радикалов репортерных молекул на частоте 250 МГц с использованием быстрого сканирования электронно-парамагнитного резонанса (RS-ЭПР), который может предоставить количественную информацию в условиях , в естественных условиях от концентрации кислорода, рН, окислительно - восстановительного статус и концентрация сигнальных молекул (то есть, ОН •, • NO). Методика RS-EPR имеет более высокую чувствительность, улучшенную пространственную разрешающую способность (1 мм) и более короткое время сбора данных по сравнению со стандартной непрерывной волны (CW) технике. Разнообразие конфигураций фантомных были протестированы, с пространственным разрешением от 1 до 6 мм, и шириной спектра молекул репортера в пределах от 16 мкТл (160 мг) до 5 мТл (50 г). Перекрестная петля бимодальный резонатор разъединяет возбуждения и обнаружения, снижения шума, в то время как быстрый эффект сканирования позволяет больше мощности для ввода в спиновой системе до насыщения, увеличивая сигнал ЭПР. Этаприводит к значительно более высоким отношением сигнала к шуму, чем в обычных экспериментах CW ЭПР.

Введение

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

По сравнению с другими методами медицинской визуализации, электронного парамагнитного резонанса (EPRI) обладает уникальной возможностью количественно изображения физиологические свойства , включая рН 1-3, РО2 4-7, температура 8, перфузии и жизнеспособности тканей 9, микровязкости и легкость диффузии малые молекулы 10 и окислительного стресса 11. Оценка легкости дисульфида расщепления глутатиона (GSH) в тканях и клетках 12,13 могут сообщать о состоянии окислительно - восстановительной. Для визуализации в естественных условиях, ЭПР в диапазоне частот от 250 МГц до 1 ГГц , выбран потому , что эти частоты обеспечивают достаточную глубину проникновения в ткани (до нескольких см) , чтобы генерировать изображения для мелких домашних животных , в которых интенсивности не уменьшалось диэлектрическими эффектами потери. Более высокие частоты, такие как 9,5 ГГц 14 (Х-диапазона) и 17 ГГц (K U -полоее) 15,16 могут быть использованы для получения изображения кожи и волос или отдельных клетокСоответственно. Успех EPRI на всех частотах зависит от парамагнитных спиновых зондов, которые являются специфическими для тканей, так что может быть изображаемых их местонахождение и судьба.

Если среда спина электрона зонда пространственно неоднородны, спектр ЭПР является суммой вкладов от всех мест. Спектрально-пространственная визуализация делит объем образца в массив небольших пространственных сегментов и вычисляет спектр ЭПР для каждого из этих сегментов 17. Это позволяет отображение локальной среды путем измерения пространственных изменений в спектре ЭПР. Магнитные градиенты поля используются для кодирования пространственной информации в спектрах ЭПР, которые называются проекции. Спектрально-пространственное изображение восстанавливается из этих проекций 18,19.

В RS-ЭПР магнитное поле сканируется через резонанс во время, коротка по сравнению с временами релаксации спина электрона (рис 2) 20,21. D econvolution сигнала быстродействующего сканирования дает спектр поглощения, что эквивалентно первому интегралу от обычной первой производной спектра CW. Сигнал быстрого сканирования обнаруживается в квадратуре, так что оба поглощения и дисперсии компоненты реакции спиновой системы измеряются. Это, по существу, сбор в два раза объем данных в единицу времени. Насыщение сигнала в быстром эксперименте развертки происходит при больших мощностях , чем для CW, так что высшие силы могут быть использованы без заботы о насыщении. 20,22 Многие другие средние может быть сделано в единицу времени по сравнению с CW. Более высокая мощность, прямое обнаружение квадратурной и больше в среднем за единицу времени объединяются, чтобы дать быстрое сканирование лучший сигнал-шум (SNR), особенно при высоких проекций градиента, которые определяют пространственное разделение, что приводит к более высоким качеством изображения. Для достижения примерно такой же SNR для изображения фантома требуется примерно в 10 раз до тех пор , как для CW для быстрого сканирования 23.

палатка "> Увеличенный SNR также позволяет эксперименты на частоте 250 МГц с низкой ловушки аддуктов концентрации спинов , образующихся в результате реакции ОН с 5-трет-бутоксикарбонил-5-метил-1-pyrroline- N -оксид (BMPO-ОН) , который будет невидимые для метода CW 24. Dinitroxides , связанные с дисульфидным линкером чувствительны к расщеплению глутатиона, и таким образом может сообщать о состоянии клеточного редокс. Равновесие существует, зависит от концентрации глутатиона настоящее время между ди- и моно-радикальных форм. Соблюдение этих изменений требует захват всего 5 мТл широкого спектра, и может быть достигнуто гораздо быстрее с ЭПР быстрое сканирование по сравнению с степпинг магнитного поля в эксперименте CW.

Полная система быстрого сканирования состоит из четырех частей: спектрометр, основное поле магнита, быстрый водитель катушки сканирования, и резонатор кросс-петля быстрое сканирование. Спектрометр и функция главный возбуждающий магнит таким же, как в эксперименте CW, установив основной зеемановскую полеи сбор данных из резонатора. Быстрое сканирование драйвер катушки генерирует ток синусоидальной развертки, который входит в специально разработанных быстрых катушек проверки по резонаторе кросс-петли быстрого сканирования. Быстрые катушки проверки по быстрой развертки резонатора кросс-петлевой генерировать большое однородное магнитное поле, которое будет выброшено на частотах от 3 до 15 кГц.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Протокол

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

1. Настройка драйвера Быстрое сканирование катушки на частоте 250 МГц

  1. Расчет быстрого сканирования экспериментальных условиях
    Примечание: Наиболее важным параметром в RS-EPR является скорость сканирования, α, которая является произведением частоты развертки и ширины сканирования (уравнение 3). Для узких ширины сканирования, используются ставки быстрее сканирования, а также для более широких ширины развертки, используются более медленные скорости сканирования. Следующие инструкции пошагово последнем случае и показать, как поступить на экспериментальных параметров драйвера катушки шириной развертки 7 мТл и частотой сканирования 6,8 кГц.
    1. Определите пропускную способность резонатора (BW Res).
      figure-protocol-1 (1)
      где v Рез рабочая частота резонатора и Q является коэффициент качества. Q = 90, является общим для быстрого резонаторе сканирования, используемых для получения данных в репрезентативных результатов.
    2. Определить быструю скорость сканирования, α, всепричитающиеся с полосой пропускания резонатора figure-protocol-2 (2)
      figure-protocol-3

      где N является константой часто консервативно выбран равным 5-6, ΔB рр является пика до пика производной ширина линии в мТ, и это скорость сканирования , если Т / с для лоренцевом ширины линии.
      Примечание: Обычное значение для радикалов в представительском разделе figure-protocol-4 = 0,1 мТл. По сравнению с более ранней быстрой литературы сканирования; Уравнение 2 определяется путем установки полосы пропускания сигнала (BW Sig) , равную BW Res.
    3. Определить максимальную частоту сканирования быстрый разрешенный скорости.
      figure-protocol-5 (3)
      figure-protocol-6
      где ш ширина АССп и е частота сканирования. Ширина развертки 7 мТл будет покрывать 100% спектра для текущих зондов , используемых в естественных условиях. Используйте это значение и скорость, рассчитанную в (уравнении 2), чтобы определить частоту сканирования.
      figure-protocol-7
  2. Выбор конденсаторов настройки и настройки быстрого сканирования драйвера катушки
    Примечание: быстрый драйвер катушки сканирования, как правило, выполняются в резонировало режиме генерации синусоидальной волны. Резонанс происходит при частоте сканирования, где индуктивные и емкостные сопротивления имеют равные по величине и противоположные знаки, так что общее реактивное сопротивление близко к нулю.
    1. Определить правильную емкость для частоты , определенной в разделе 1.1.3 , используя индуктивность, L, из быстрых катушек сканирования и (уравнение 4).
      figure-protocol-8
      figure-protocol-9
    2. Разделить C TOT из (уравнение 4) , в два раза , чтобы получить значения , конденсатор для каждой стороны конденсатора коробки водителя катушки.
      figure-protocol-10
      figure-protocol-11
      Примечание: Быстрое сканирование драйвер катушки имеет два усилителя. При выборе конденсатора, блок конденсатора должен быть уравновешен с равным емкости на каждой стороне коробки. Обе стороны последовательно.
    3. Отвинтить верхнюю крышку конденсатора коробки и вставить конденсаторы с обеих сторон, которые равны значению, определенному на этапе 1.2.2.
    4. Заменить верхнюю часть коробки конденсатора и закрепите его вниз, чтобы убедиться, что он остается включенным.
    5. С помощью передней панели водителя резонирует катушки, регулировать выходную частоту до синусоидальный сигнал не имеет максимальную амплитуду.

2. Приготовление реагентов и Фантомы

  1. Получение RadiCALs
    1. Удалить 15 N-PDT из морозильника и позволить контейнер нагреться до комнатной температуры (10-15 мин).
    2. Взвесить 1,4 мг 15 N-ФДТ с использованием аналитических весов.
    3. Добавить 1,4 мг 15 N-PDT до 15 мл деионизованной (ДИ) H 2 O для конечной концентрации 0,5 мМ.
      Примечание: 4-оксо-2,2,6,6-тетра (2 H 3) метил-1- (3,3,5,5- 2 Н 4, 1- 15 N) piperdinyloxyl (15 Н-PDT), 4- 1 Н-3-карбамоил-2,2,5,5-тетра (2 Н 3) метил-3-pyrrolinyloxyl (15 Н-mHCTPO) и 3-карбокси-2,2,5,5-тетра (2 Н 3) метил-1- (3,4,4- 2 H 3, 1- 15 Н) пирролидинилокси (15 Н-Proxyl) 25 () радикалы Рисунок 1E-G имеют долгосрочную стабильность (2 года) в водном растворе и при комнатной температуре. Их твердые формы, как правило, хранятся в морозильной камере или в холодильнике, чтобы сохранить эти радикалы стабильны в течение многих лет.Стабильность нитроксильных радикалов в целом делает их нетоксичные, и их получение может быть сделано на обычном настольном, когда растворителем является вода. При использовании органических растворителей, готовят растворы нитроксильных внутри вытяжного шкафа во время оснащены надлежащей индивидуальной защиты (СИЗ).
  2. Получение рН - чувствительного тритил радикалов
    1. Взвешивают 0,7 мг триарильные метильного радикала (ATAM 4) 26 радикал (1,400 г / моль) и растворяют в 200 мкл абсолютного этанола.
    2. Взвесить 0.00681 г KH 2 PO 4 (136,1 г / моль) и растворяют в 50 мл дистиллированной воды до конечной концентрации 1 мМ.
    3. Взвешивают 2,8 г KOH (56 г / моль) и растворяют в 50 мл деионизированной воды для конечной концентрации 1 М.
    4. Добавить KOH по каплям к фосфатного буфера (2.2.2) для регулирования рН 7,0.
    5. Добавить 800 мкл 1 мМ фосфатного буфера и 200 мкл ATAM 4 в абсолютном этаноле для окончательного концentration 0,5 мМ в буфере 80:20: этанол.
    6. Повторите шаги 2.2.1-2.2.5 для создания ATAM 4 образца при рН = 7,2.
    7. Поместите ATAM 4, рН = 7,0 и ATAM 4, рН = 7,2 в отдельные 6 мм кварцевых пробирок.
    8. Поместите оба 6 мм кварц EPR трубы в кварцевой ЭПР трубки 16 мм, с толстым Styrofoam распорки 2 мм между ними.
      Примечание: Стенки кварцевого образца трубки имеют толщину 0,5 мм, а в дополнение к 2 мм спейсером дают разделение 3 мм между образцами ATAM. Значение рН чувствительные тритиловые радикалы , используемые были синтезированы в Университете штата Огайо 26. Пример , который был использован для получения изображения называется ATAM 4. Реакция , которая учитывает чувствительность рН показана на рисунке 1А.
  3. Генерация BMPO-OH
    1. Взвешивают 680 мг KH 2 PO 4 и растворяют в 100 мл дистиллированной воды до конечной концентрации 50 мМ.
    2. Добавить 1 M KOH по каплямв фосфатном буфере до рН 7,3.
    3. Взвешивают 50 мг BMPO (199,25 г / моль).
    4. Смешайте 50 мг BMPO 5 мл фосфатного буфера в кварцевой трубке облучения 16 мм.
    5. Добавляют 100 мкл 300 мМ перекиси водорода.
    6. Облучает смесь в кварцевой трубке облучения 16 мм со средним давлением 450 Вт УФ-лампой в течение 5 мин.
    7. С помощью переноса стеклянной пипеткой, перенесите 2,5 мл облученного раствора BMPO-OH из кварцевого облучения трубки и в одну сторону кварцевую трубку для образца 16 мм с 3 мм делителя.
    8. Перенесите оставшиеся 2,5 мл облученного BMPO-OH в другую сторону 16 мм кварцевой трубки образца с 3 мм делителя.
  4. Получение dinitroxide радикала
    1. Взвешивают 24,7 мг 2 Н, 15 Н-дисульфид dinitroxide (рис 1C) в 1 мл ДМСО в течение исходного раствора 47,5 мМ.
    2. Готовят 10 мМ трис-буфера, и доведения рН до 7,2.
    3. Возьмите 40мкл dinitroxide маточного раствора и разбавляют трис-буфером до конечной концентрации 1 мМ.
    4. Поместите 250 мкл раствора dinitroxide в буфере в кварцевой трубке образца 16 мм с 10 мм делителя в центре.
    5. Взвешивают 154 мг глутатиона и добавляют к 5 мл буфера Трис для конечной концентрации 100 мМ.
    6. Добавьте 5 мкл 100 мМ глутатиона раствора до 250 мкл 1 мМ раствора dinitroxide на одной стороне 10 мм делителя для преобразования дирадикалу в монорадикальной.
  5. Приготовление nitronyl нитроксила
    1. Удалить радикала из морозильника и позволить контейнер нагреться до комнатной температуры (10-15 мин).
    2. Взвешивают 1,9 мг nitronyl (390 г / моль).
    3. Взвешивают 0,56 мг KOH и растворяют в 10 мл дистиллированной воды до конечной концентрации 1 мМ.
    4. Смешайте 1,9 мг nitronyl в 10 мл 1 мМ раствора КОН для конечной концентрации 0,5 мМ nitronyl.
      Примечание: Если necessичных, использовать Вортекс или для повышения скорости ультразвукового сольватации nitronyl.

3. Установка из быстрого сканирования документа на частоте 250 МГц

Примечание: Настройка резонатора с водным образцом нитроксила радикала, который имеет такой же эффект на добротности резонатора и настройки в качестве буферного раствора, является хорошим способом создать для образца, чтобы быть отображены

  1. Настройтесь резонатор с водным образцом нитроксильного радикала.
    1. Вставьте 15 мл 0,5 мМ 15 N-PDT в пробе воды в кварцевых ЭПР трубки 16 мм.
    2. Вставьте кварцевую трубку в сторону обнаружения поперечного контура RS-ЭПР резонатора.
    3. Изменение частоты источника прибора, пока он не синхронизирует частоту боковой обнаружения, содержащего образец. Ручное изменение несущей частоты источника на 250 МГц, введя нужное значение в программном обеспечении.
    4. Изменение частоты в сторону возбуждения, чтобы соответствовать frequenстотах источника эксперимента и обнаружения стороны резонатора. Изменение частоты в сторону возбуждения, поворачивая переменный конденсатор внутри резонатора в соответствии с протоколом производителя.
  2. Настройка приборной консоли и главным магнитом
    1. Включите спектрометром и выберите эксперимент, который записывает данные для переходных процессов с течением времени по оси абсцисс.
    2. В программном обеспечении, установите количество точек на 65,536 и временную базу до 10 наносекунд.
    3. Установить число средних до 10000 для сильного или узкого сигнала, и 45000 для широкого или слабого сигнала.
    4. Нажмите кнопку "завязать" в программном обеспечении для отправки экспериментальных параметров из программного обеспечения для консоли и активизировать основное поле магнита.
    5. Установите основное магнитное поле до 9 мТл.
    6. Установите регулятор ослабления мощности до 50 дБ, и включите усилитель высокой мощности 7 Вт.

4. Исполнениеэксперимента Быстрое сканирование

Примечание: Конкретные инструкции , относящиеся к анализу фантомов , содержащих BMPO-OH 24, рН - чувствительные TAM радикалы 19,27 и окислительно - восстановительные чувствительные dinitroxides 28 представлены в литературе.

  1. Насыщение мощность стандартного образца нитроксильного
    Примечание: Это выгодно, чтобы сделать кривую насыщения мощности на стандартной нитроксильного радикального образца при тех же экспериментальных условиях, которые будут использоваться, чтобы смотреть на радикалов, чувствительных к рН или окислительно-восстановительного статуса.
    1. Включите быстрый драйвер катушки сканирования, со значениями из раздела 1 (частота сканирования 6,8 кГц и ширину сканирования 7 мТл).
    2. Начиная с 50 дБ, собирать быстрый спектр сканирования с 100k средними. Уменьшение затухания на 3 дБ и повторите измерение. Продолжайте, пока в установке аттенюатора 0 дБ, или до тех пор, пока измерение изоляции на мосту считыванием является <0.
    3. Перенос тон необработанные данные быстрое сканирование в программу деконволюции (например, написанного в Matlab) и обрабатывать необработанных данных в спектре поглощения.
    4. Введите частоту сканирования, ширина развертки, количество очков и разверткой в ​​программу, и запустить программу для обработки сырого быстрого сигнала сканирования в сигнал поглощения.
    5. Plot амплитуду сигнала поглощения в зависимости от квадратного корня мощности (в ваттах), падающего на резонатор. В не-насыщающего режима, амплитуда линейно зависит от квадратного корня из падающей мощности.
    6. Установить линию тренда, начиная с 0,0 и включают в себя все точки данных, которые попадают в линейной области ответа. В линейной области отклика, амплитуда сигнала возрастает пропорционально квадратному корню из мощности СВЧ.
    7. Экстраполируйте эту тенденцию к увеличению мощности, и сравнить интенсивность сигнала ЭПР. Используйте самую высокую мощность, для которой амплитуда сигнала не отклоняется более чем на 3% от экстраполируемой линии тренда. В Ордг для деконволюции быстрого сигнала сканирования, чтобы работать должным образом, сигнал должен все еще быть в линейной области ответа относительно падающей мощности.
      Примечание: Передача необработанных данных быстрого сканирования может быть сделано через сетевое соединение или с помощью флэш-накопитель. В этом случае передача необходима потому, что программа для обработки исходных данных (Matlab) не находится на том же самом компьютере, который имеет программное обеспечение сбора данных. Алгоритм деконволюции , который обрабатывает необработанные данные описана в 29.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Результаты

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

Продукт эксперимента представляет собой набор проекций, которые реконструируются в двумерную (одна спектральная, один пространственный) изображения с ложной цветовой гаммы для представления амплитуды сигнала. Темно-синий обозначает базовый уровень, где сигнал не присутствует, зеленый низкая амплитуда и красный наиболее высок. Ломтики вдоль оси абсцисс (спектральной размерностью) изображают сигнал ЭПР (ЭПР переход) на оси магнитного поля. Вдоль оси у (пространственное измерение), расстоян...

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Обсуждение

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

Сигналы Rapid-сканирования имеют более высокие частотные составляющие, чем CW, и требуют большей пропускной способности резонатора в зависимости от ширин, времен релаксации, а также скорость быстрых-сканов. Полоса пропускания, необходимая для данного эксперимента основан на ширину линии и скорости сканирования магнитного поля (уравнение 2). В зависимости от времени релаксации зонда при исследовании (Т 2 и Т 2 *), а скорость сканирования, колебания могут появиться на задней кромке сигнала. Для нитро...

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Раскрытие информации

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

Нам нечего раскрывать.

Благодарности

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

Частичная поддержка этой работы NIH предоставляет NIBIB EB002807 и CA177744 (GRE и SSE) и P41 EB002034 к GRE, Howard J. Гальперном, PI и Университетом Денвере с благодарностью. Марк Цейтлин был поддержан NIH R21 EB022775, NIH K25 EB016040, NIH / NIGMS U54GM104942. Авторы благодарны Валерию Храмцов, в настоящее время в Университете Западной Вирджинии, и Illirian Dhimitruka в Университете штата Огайо для синтеза рН чувствительных радикалов ТАМ, и Джеральд Розен и Джозеф Као в Университете штата Мэриленд для синтеза mHCTPO , proxyl, BMPO и nitronyl радикалы.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Материалы

Список материалов, использованных в этой статье
ИмяКомпанияКаталожный номерКомментарии
4-оксо-2,2,6,6-тетра(2H3)метил-1-(3,3,5,5-2H4,1-15N)пипердинилоксил (15N-PDT)изотопы CDN M-232798% атом 15N, 98% атом D, Квебек, Канада
4-1H-3-карбамоил-2,2,5,5-тетра(2H3)метил-3-пирролинилоксил (15N-mHCTPO)N/AN/A N/A Синтезированв Университете штата Мэриленд и описан в ссылке 29
3-карбокси-2,2,5,5-тетра(2H3)метил-1-(3,4,4-2H3,1-15N)пирролидинилоксил (15N-Proxyl)N/A/A Синтезированв Университете Мэриленда и описан в Ссылке 25
4 мм Кварцевые EPR трубкиWilmad Glass707- SQ-100M
4-оксо-2,2,6,6-тетра(2H3)метил-1-(3,3,5,5-2H4)пипердинилоксил (14N-PDT)Изотопы CDND-232898% атом D, Квебек, Канада
pH-чувствительный тритиловый радикал (aTAM4)Университет штата ОгайоN/AСинтезирован в штате Огайо Университет и описан в Ссылке 26
Фосфат потассума, одноосновнойJ.T. Baker Chemicals1-3246
6 мм Кварцевые ЭПР трубкиWilmad GlassQ-5M-6M-0-250/RB
8 мм Кварцевые ЭПР трубкиWilmad GlassQ-7M-8M-0-250/RB
5-трет-бутоксикарбонил-5-метил-1-пирролин-N-оксид (BMPO)N/AN/AСинтезирован в Университете Мэриленда и описан в Ссылке 30
Перекись водородаSigma AldrichH1009 SIGMA30%
16 мм Кварцевая ЭПР трубкаWilmad Glass16-7PP-11QTZ
Среднее давление 450 Вт УФ-лампаHanovia679-A36Fairfield, NJ
L-глутатион, восстановленныйSigma AldrichG470-5
НитронилNAN/AСинтезирован в Университете Мэриленда и описан в Ссылке 31
Гидроксид натрия Дж.Т. Бейкер Кемикалс1-3146
N,

Ссылки

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

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Перепечатки и разрешения

Запросить разрешение на повторное использование текста или иллюстраций этой статьи JoVE

Запросить разрешение

Теги

in vivopH

Похожие статьи