Yöntem makalesi

Hızlı Tarama Elektron Paramagnetik Rezonans Görüntüleme Fizyolojik Önemli Parametreler için Yeni bulvarlar açar İn Vivo

DOI:

10.3791/54068

⸱

26 Eylül 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

Bu makalede

Özet

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

Yeni bir elektron para-manyetik rezonanstır (EPR) yöntemi, hızlı tarama EPR (RS-EPR), geleneksel bir sürekli dalga (CW) teknikten üstün ve in vivo görüntüleme için yeni alanları açar 2B spektral mekansal görüntüleme için gösterilmiştir. Sonuçlar 250 MHz'de gösterilmiş, ancak teknik herhangi bir frekansta uygulanabilir.

Özet

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

Bu oksijen yoğunluğu, pH, redoks ile in vivo koşullarında sayısal bilgiler sağlayabilir hızlı tarama elektron paramanyetik rezonans (RS-EPR) kullanılarak 250 MHz'de kararlı bir radikal haberci moleküllerinin 2B spektral mekansal görüntüleme üstün bir yöntem ortaya koymaktadır durumu ve sinyal moleküllerinin konsantrasyonu (yani, OH, • NO). RS-EPR tekniği standart sürekli dalga (CW) tekniğine göre daha yüksek bir hassasiyet, gelişmiş uzaysal çözünürlüğü (1 mm) ve kısa edinme süresi vardır. Fantom yapılandırmaları çeşitli 1 ila 6 mm arasında değişen uzamsal çözünürlük ve 16 μT (160 mg), 5 mt (50 g) arasında değişen haberci moleküllerinin spektrum genişliği ile test edilmiştir. Hızlı tarama efekti EPR sinyali artan, daha fazla güç doygunluk önce spin sisteminin giriş olmasını sağlar iken bir çapraz döngü bimodal rezonatör, uyarma ve algılama, gürültü azaltma decouples. BuGeleneksel CW EPR deneylerde belirgin şekilde daha yüksek bir sinyal-gürültü oranı yol açmaktadır.

Giriş

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

Diğer tıbbi görüntüleme yöntemleri ile karşılaştırıldığında, elektron paramanyetik rezonans görüntüleme (EPRI) kantitatif görüntü difüzyon pH 1-3, pO2 4-7 sıcaklığı 8, perfüzyon ve dokuların 9 canlılığı, microviscosity ve kullanım kolaylığı da dahil olmak üzere fizyolojik özelliklerini benzersiz yapabiliyor küçük moleküller 10 ve oksidatif stres 11. Dokuda glutatyon (GSH) ve hücreler 12,13 ile disülfid bölünme kolaylığı Tahmini redoks durumuna ilişkin rapor edebilirsiniz. Bu frekanslar yoğunlukları dielektrik kayıp etkilerle azalmadı edildiği küçük hayvanlar için görüntüler oluşturmak için (birkaç cm kadar) doku penetrasyonu yeterli derinlikte sağlar, çünkü in vivo görüntüleme için, 250 MHz, 1 GHz frekans aralığında EPR seçilir. Örneğin 9.5 GHz 14 (x-bant) ve 17 GHz (K U -BAND) 15,16 gibi daha yüksek frekanslar, cilt ve saç ya da tek hücre görüntüleme için kullanılabilir, sırasıyla. tüm frekanslarda EPRI başarısı konumları ve kader yansıması, böylece dokular için spesifik olan paramanyetik spin sondası bağlıdır.

bir elektron spin sondası çevre mekansal heterojen ise, EPR spektrumu bütün yerlerden katkısının toplamına eşittir. Spektral-uzamsal görüntüleme küçük mekansal kesimleri bir diziye numunenin hacmi böler ve bu segmentlerin 17 her biri için EPR spektrumu hesaplar. Bu EPR spektrumunda mekansal değişimi ölçerek yerel çevrenin haritalama sağlar. Manyetik alan gradiyentleri projeksiyonları denir EPR spektrumları, içine uzamsal bilgiyi kodlamak için kullanılır. Spektral ve mekansal görüntü bu projeksiyonlar 18,19 den yeniden yapılmıştır.

RS-EPR manyetik alan (Şekil 2) 20,21 elektron spin gevşeme süreleri kısa akrabası olan bir süre içinde rezonans ile taranır. D Hızlı tarama sinyalinin econvolution geleneksel birinci türev CW spektrumun birinci integrali eşdeğer absorpsiyon spektrumu verir. eğirme sistemi tepkisinin hem emme ve dağıtma bileşenleri ölçülür, böylece hızlı tarama sinyali, kareleme tespit edilir. Bu temelde iki birim zamanda veri miktarını topluyor. Yüksek güçler doygunluğu için endişe olmadan kullanılabilir böylece hızlı bir tarama deneyinde sinyalin Doygunluk, CW için daha yüksek güçlerde olur. 20,22 Çok daha fazla ortalama CW kıyasla birim zamanda yapılabilir. Yüksek güç, doğrudan dördün algılama ve birim zamanda daha fazla ortalama yüksek kalitede görüntülere lider, özellikle mekansal ayrılık tanımlayan yüksek gradyan projeksiyonları, Hızlı tarama daha iyi bir sinyal-gürültü oranı (SNR) vermek için birleştirir. Hızlı tarama 23 gibi CW için sürece yaklaşık 10 kez gerekli bir hayalet bir görüntü için aynı SNR hakkında elde etmek.

tert "> yüksek SNR ayrıca OH reaksiyonu ile oluşturulmuş düşük konsantrasyonda spin tuzağına ilave maddeleri ile 250 MHz'de deneyler sağlar 5-ters-bütoksikarbonil-5-metil-1-pyrroline- N-oksit (BMPO-OH) olacaktır bir disülfıd bağlayıcı ile bağlı CW yöntemine 24 görünmez. Dinitroxides glutatyon ile bölünmeye karşı duyarlı olan ve bu nedenle hücresel redoks durumuna ilişkin rapor edebilirsiniz. Denge var, di ve mono-radikal formlar arasında, glutatyon mevcut konsantrasyonuna bağlıdır. bu değişiklikleri gözlemleyerek tüm 5 mT geniş spektrumlu yakalama gerektirir ve bir CW deneyde manyetik alan adım kıyasla hızlı tarama EPR ile çok daha hızlı elde edilebilir.

spektrometre, ana alan mıknatıs, hızlı tarama bobin sürücü ve hızlı tarama çapraz döngü rezonatör: Tam bir hızlı tarama sistemi dört bölümden oluşmaktadır. Ana Zeeman alan ayarı spektrometresi ve CW deneyde aynı ana alan mıknatıs işlevi,ve rezonatör veri toplama. Hızlı tarama bobin sürücü hızlı tarama çapraz döngü rezonatör üzerinde özel olarak tasarlanmış hızlı tarama bobinleri gider sinüzoidal tarama akımı üretir. Hızlı tarama çapraz döngü rezonatör üzerinde hızlı tarama bobinleri 3 ve 15 kHz arası frekanslarda süpürüldü bir büyük homojen bir manyetik alan üretir.

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Protokol

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

250 MHz'de Hızlı Tarama Bobin Driver 1. Kur

  1. Hızlı Tarama Deneysel Koşullar hesaplanması
    Not: RS-EPR en önemli parametre tarama sıklığına ve tarama genişliği (Denklem 3) ürünüdür tarama hızı, α vardır. Dar tarama genişlikleri için, hızlı tarama hızları kullanılır ve geniş süpürme genişlikleri için, yavaş tarama hızları kullanılır. Aşağıdaki yönergeler ikinci durumda adım ve 7 mT tarama genişliği ve 6.8 kHz tarama frekansı deneysel bobin sürücü parametrelerine ulaşmak için nasıl gösterir.
    1. Rezonatör bant genişliği (BW Res) belirleyin.
      figure-protocol-1 (1)
      nerede v res rezonatör çalışma frekansı ve Q kalite faktörü olduğunu. Q = 90, Temsilcisi Sonuçlar verileri elde etmek için kullanılan hızlı tarama rezonatör yaygındır.
    2. Tüm α, hızlı tarama oranını belirlemekrezonatör bant genişliği ile borçlu figure-protocol-2 (2)
      figure-protocol-3

      N, genellikle konservatif 5-6 olacak şekilde seçilir, bir sabit olduğu, ΔB s mT tepe-tepe türevi çizgi kalınlığı olan ve bir Lorentz çizgi kalınlığı için T / S, tarama oranıdır.
      Not: temsilci bölümünde radikallerin için ortak bir değerdir figure-protocol-4 = 0.1 mT. Daha önce hızlı tarama literatür ile karşılaştırıldığında; Denklem 2 BW Res eşit sinyal bant genişliği (BW sig) ayarlayarak elde edilir.
    3. oranı ile izin verilen maksimum hızlı tarama frekansını belirlemek.
      figure-protocol-5 (3)
      figure-protocol-6
      burada W SCA genişliğidirn ve f tarama frekansı. 7 mT bir tarama genişliği in vivo kullanılan geçerli problar için spektrumun% 100 karşılayacaktır. Tarama sıklığını belirlemek için bu değeri ve (Denklem 2) hesaplanan oran kullanın.
      figure-protocol-7
  2. Ayar kapasitörler seçimi ve hızlı tarama bobin sürücü ayar
    Not: Hızlı tarama bobin sürücü tipik bir sinüs dalgası üreten bir yankı buldu modunda çalıştırın. Rezonans toplam reaktans sıfıra yakın olacak şekilde endüktif ve kapasitif reactances, eşit büyüklük ve zıt işaretler olduğu bir tarama frekansta oluşur.
    1. Hızlı tarama bobinlerin indüktans, L kullanılarak 1.1.3 belirlenen frekansta ve (Denklem 4) için uygun kapasitans belirleyin.
      figure-protocol-8
      figure-protocol-9
    2. Bobin sürücü kondansatör kutusunun her iki tarafı için kondansatör değerlerini almak için yarım (Denklem 4) C TOT bölün.
      figure-protocol-10
      figure-protocol-11
      Not: Hızlı tarama bobin sürücü iki amplifikatörler vardır. bir kondansatör seçerken, kapasitör kutusu kutunun her iki tarafında eşit bir kapasitans ile dengelenmelidir. iki taraf seri vardır.
    3. Kondansatör çerçevenin üst kapağı çıkarın ve aşama 1.2.2 belirlenen değere eşit olan her iki tarafta kondansatörler yerleştirin.
    4. kondansatör kutusunun üst değiştirin ve üzerinde kalmasını sağlamak için aşağı vida.
    5. sinüs dalga maksimum genliği vardır kadar yankı buldu bobin sürücü ön panelini kullanarak, çıkış frekansı ayarlayın.

Reaktifler ve Hayaletler 2. Hazırlık

  1. Radi hazırlanmasıCAL
    1. Dondurucudan 15 N-FDT çıkarın ve konteyner oda sıcaklığında (10-15 dk) gelmek için izin verir.
    2. Bir analitik terazi kullanılarak 15 N-PDT 1.4 mg tartın.
    3. 0.5 mM'lik bir son konsantrasyon için 15 ml iyonu giderilmiş (Di) H2O için 15 N-PDT 1.4 mg ekleyin.
      Not: 4-okso-2,2,6,6-tetra (2H 3) metil-1- (3,3,5,5- 2H 4, 1 15 K) piperdinyloxyl (15 N-PDT) 4- 1 H-3-karbamoil-2,2,5,5-tetrahidro (2H 3) metil-3-pyrrolinyloxyl (15 N-mHCTPO) ve 3-karboksi-2,2,5,5-tetra (2 H3) metil-1- (3,4,4-2H 3, 1 15 K) pirolidiniloksi (15 N-PROXYL) 25 (Şekil 1 E-G) kökleri, sulu çözelti içinde uzun vadeli stabilite (2 yaş) ve oda sıcaklığında. Bunların katı formlar genellikle uzun bir süre stabil olan bu radikaller tutmak için bir dondurucu veya buzdolabı depolanır.nitroksit köklerinin stabilite genellikle bunları toksik olmayan hale ve çözücü su olduğunda bunların hazırlanması normal sıra üzerine yapılabilir. organik çözücüler kullanıldığında uygun kişisel koruyucu ekipman (KKE) ile donatılmış iken, bir davlumbaz içine nitroksid çözümleri hazırlamak.
  2. PH duyarlı tritil radikalleri hazırlanması
    1. Kökü triaril metil 0.7 mg (atam 4) 26 kökü (1400 g / Mol) tartılır ve mutlak etanol içinde 200 ul içinde çözülür.
    2. KH 2 PO 4 (136.1 g / mol) 0,00681 g tartılır ve 1 mM nihai konsantrasyon 50 ml Dİ su içinde çözülür.
    3. KOH (56 g / mol), 2.8 g tartılır ve 1 M arasında nihai bir konsantrasyona DI 50 ml su içinde çözülür
    4. KOH 7.0 pH değerini ayarlamak için, fosfat tamponu (2.2.2) damla damla ekleyin.
    5. Nihai konsantre 1 mM fosfat tampon 800 ul mutlak etanol içinde atam 4 200 ul ekle80:20 tampon içinde 0.5 mM entration: etanol.
    6. Tekrarlayın pH = 7.2 Atam 4 örnek oluşturmak için 2.2.1-2.2.5 adımları.
    7. Ayrı 6 mm kuvars numune tüpleri içine Atam 4, pH = 7.0 ve Atam 4, pH = 7.2 yerleştirin.
    8. arasında 2 mm kalınlığında Strafor spacer, 16 mm kuvars EPR tüp içine de 6 mm kuvars EPR tüpleri yerleştirin.
      Not: kuvars numune tüpü duvarları atam örnekleri arasında, 3 mm ayırma verim 0.5 mm kalınlığında, ve 2 mM aralama ek olarak. Kullanılan pH duyarlı tritil radikalleri Ohio State University'de 26 sentezlenmiştir. Görüntüleme için kullanılan, Örnek atam 4 adlandırılır. PH duyarlılığı oluşturan Reaksiyon Şekil 1A'da gösterilmiştir.
  3. BMPO-OH Üretimi
    1. KH 2 PO 4 680 mg tartılır ve 50 mM'lik bir son konsantrasyon için, 100 ml Dİ su içinde çözülür.
    2. 1 M KOH damla damla ekleyinpH = 7.3 fosfat tampon.
    3. BMPO 50 mg (199,25 g / Mol) tartılır.
    4. 16 mm kuvars ışınlama tüp içinde fosfat tampon solüsyonundan 5 ml BMPO 50 mg birleştirin.
    5. 300 mM hidrojen peroksit, 100 ul ekle.
    6. 5 dakika boyunca orta basınç 450 W UV lambası ile 16 mm kuvars ışınlama tüp karışımı ışın tedavisi.
    7. cam aktarım pipeti kullanarak, kuartz ışın tüpü üzerinden 3 mm bölücü ile 16 mm kuvars numune tüpün bir tarafına ışınlanmış BMPO-OH çözeltisine 2.5 ml aktarın.
    8. 3 mm bölücü ile 16 mm kuvars örnek tüp diğer tarafında içine ışınlanmış BMPO-OH kalan 2.5 ml aktarın.
  4. Dinitroxide kökü hazırlanması
    1. 47.5 mM'lik bir stok çözeltisi 1 ml DMSO içinde 2 saat, 15 N-disülfid dinitroxide (Şekil 1C) 24.7 mg tartılır.
    2. 10 mM Tris tamponu hazırlamak ve pH 7.2 olacak şekilde ayarlanır.
    3. 40 atınul stok solüsyonu dinitroxide 1 mM'lik nihai bir konsantrasyona kadar Tris tamponu ile seyreltilir.
    4. merkezinde 10 mm bölücü 16 mm kuvars tüpte tampon dinitroxide çözeltisi 250 ul koyun.
    5. glutatyon 154 mg tartılır ve 100 mM'lik bir son konsantrasyon için Tris tamponu, 5 ml ekle.
    6. monoradikaline içine diradikali dönüştürmek için 10 mm bölücünün bir tarafında 1mM dinitroxide çözeltisi 250 ul 100 mM glutatyon solüsyonuna 5 ul ekle.
  5. Nitronyl nitroksitten hazırlanması
    1. dondurucu radikal çıkarın ve konteyner oda sıcaklığında (10-15 dk) gelmek için izin verir.
    2. nitronyl (390 g / mol) 1.9 mg tartılır.
    3. KOH 0.56 mg tartılır ve 1 mM nihai konsantrasyon 10 ml Dİ su içinde çözülür.
    4. 0.5 mM nitronyl bir son konsantrasyon için, 1 mM KOH çözeltisi 10 ml nitronyl 1.9 mg karıştırın.
      Not: Gerekli olduğunda iseli, nitronyl hızı solvation bir vorteks veya sonikatör kullanın.

250 MHz'de Hızlı Tarama Aracı 3. Kur

Not: tampon çözelti olarak rezonatör Q ve ayar üzerinde benzer bir etkiye sahiptir radikal nitroksitten sulu numune ile rezonatörün Tuning yansıması örnek için kurmak için iyi bir yoldur

  1. Dinle radikal nitroksitten sulu numune ile rezonatör.
    1. 16 mm kuvars EPR tüp içine su numunesinde 0.5 mM 15 N-PDT 15 ml ekleyin.
    2. Çapraz döngü RS-EPR rezonatör algılama tarafına kuvars tüp yerleştirin.
    3. bu örnek içeren algılama tarafında sıklığını kavuşana kadar enstrüman kaynağının frekansı değiştirin. El ile yazılımda istenilen değeri girerek 250 MHz kaynağının taşıyıcı frekansı değiştirin.
    4. FREKAN eşleştirmek için uyarım yan frekansını değiştirmekrezonatörün Deney kaynağı ve algılama tarafının leri. üreticinin protokolüne uygun olarak rezonatör boşluğu içinde değişken bir kondansatör çevirerek uyarım yan sıklığını değiştirir.
  2. Enstrüman Konsolu ve Ana Magnet kurmak
    1. spektrometre açın ve apsis üzerinde zamanla geçici verileri kaydeden bir deney seçin.
    2. yazılım içinde, 65.536 kadar noktalarının sayısını ve 10 nsaniye zaman tabanını ayarlayın.
    3. Güçlü ya da dar sinyal için 10.000 ortalamalara sayısını ayarlayın ve geniş veya zayıf sinyal için 45.000.
    4. konsola yazılım deneysel parametreleri göndermek ve ana alan mıknatıs enerji için yazılımdaki "meşgul" düğmesine basın.
    5. 9 mT ana manyetik alanını ayarlayın.
    6. 50 dB Güç zayıflama düğmesini ayarlayın ve 7 W yüksek güç amplifikatörü açın.

4. YürütmeHızlı Tarama Deney

Not: BMPO-OH 24 ihtiva fantomların analizi ile ilgili özel talimatlar, pH duyarlı TAM kökleri 19,27 ve redoks duyarlı dinitroxides 28 literatürde verilmektedir.

  1. Standart nitroksid numune güç doyma
    Not: pH veya redoks durumuna hassas radikalleri bakmak için kullanılacak aynı deney koşulları altında, standart bir nitroksit radikali örnek üzerinde bir elektrik doyum eğrisini yapmak avantajlıdır.
    1. Bölüm 1 (6.8 kHz tarama frekansı ve 7 mT tarama genişliği) değerleri ile, hızlı tarama bobin sürücüsü açın.
    2. 50 dB başlayarak, 100k ortalamaları ile hızlı bir tarama spektrum toplamak. 3 dB zayıflama azaltmak ve ölçümü tekrarlayın. Ya da köprü üstünde, izolasyon ölçümü <0 olduğu sürece 0 dB zayıflatıcı ayarına kadar devam eder.
    3. aktarım to bir Dekonvolüsyonun programına ham hızlı tarama verileri (Matlab yazılı örneğin) ve emilim spektrumu içinde ham verileri işlemek.
    4. programa noktaları ve zaman tabanı tarama sıklığı, süpürme genişliği, numarasını girin ve bir emme sinyal içine çiğ hızlı tarama sinyalini işlemek için programı çalıştırın.
    5. rezonatör kare kökü (Watt) güç olayın bir fonksiyonu olarak emme sinyalinin genliği çizilir. olmayan doyurarak rejiminde, genlik olay gücünün kare kökü doğrusal bağlıdır.
    6. 0,0 başlayan bir trend çizgisi Fit ve doğrusal tepki bölgeye giren tüm veri noktalarını içerir. Lineer tepki bölgesinde, mikrodalga gücünün kare kökü ile orantılı sinyal genliği artar.
    7. yüksek güçlere bu eğilimi tahmin ve EPR sinyal yoğunluğu karşılaştırın. sinyal genliği çıkarsamalı trend çizgisi fazla% 3 sapma olmadığı için yüksek güç kullanın. ordedüzgün çalışması için hızlı tarama sinyalinin Dekonvolüsyonun r, sinyal hala olay gücüne göre doğrusal tepki bölgede olmalıdır.
      Not: Ham hızlı tarama veri transferi bir ağ bağlantısı üzerinden veya başparmak götürmek aracılığıyla yapılabilir. Bu durumda transfer programı veri toplama yazılımına sahip aynı bilgisayarda değil (Matlab) ham verilerin işlenmesi nedeniyle gereklidir. Ham veriyi işler ters evrişim algoritması 29 tarif edilmiştir.

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Sonuçlar

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

Deney ürün sinyal genliği temsil etmek yanlış bir renk skalası ile görüntüleri (tek spektral bir mekansal) iki boyutlu olarak yeniden inşa edilir projeksiyonlar kümesidir. hiçbir sinyal mevcut olduğu Masmavi taban çizgisini gösterir, yeşil düşük genlikli ve kırmızı en yüksek olmasıdır. x ekseni (spektral boyutta) boyunca dilimler manyetik alan eksen üzerinde EPR sinyali (EPR geçiş) tasvir. y ekseni (mekansal boyut) boyunca, sinyaller arasındaki ayrım rezenatörlerde numuneler arasındaki f...

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Tartışma

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

Hızlı tarama sinyalleri CW daha yüksek frekans bileşenleri ve Çizgi genişlikleri gevşeme sürelerine bağlı olarak daha büyük bir rezonatör bant genişliği, ve hızlı tarama hızı gerektirir. Belirli bir deney için gereken bant genişliği çizgi genişliği ve manyetik alan (Denklem 2) tarama hızına dayanır. Çalışmanın altında prob gevşeme süreleri bağlı (T 2 ve T 2 *), ve tarama hızı, salınımlar sinyalin firar kenarında görünebilir. 250 MHz'de T 2 ~ 500 NSEC ile nitroksid radikalleri için (M...

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Açıklamalar

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

Açıklayacak hiçbir şeyimiz yok.

Teşekkürler

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

NIH tarafından bu işin kısmi destek GRE, Howard J. Halpern, PI NIBIB EB002807 ve CA177744 (GRE ve SSE) ve P41 EB002034 verir ve Denver Üniversitesi tarafından minnetle kabul edilmektedir. Mark Tseytlin NIH R21 EB022775, NIH K25 EB016040, NIH / NIGMS U54GM104942 tarafından desteklenmiştir. Yazarlar mHCTPO sentezi için pH duyarlı TAM radikallerin sentezi için Ohio State Üniversitesi'nde şimdi Batı Virginia Üniversitesi Valery Khramtsov, ve Illirian Dhimitruka minnettarız ve Maryland Üniversitesi'nde Gerald Rosen ve Joseph Kao , PROXYL, BMPO ve nitronyl radikalleridir.

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Malzemeler

Bu makalede kullanılan malzemelerin listesi
AdŞirketKatalog numarasıYorumlar
4-okso-2,2,6,6-tetra(2H3)metil-1-(3,3,5,5-2H4,1-15N)piperdiniloksil (15N-PDT)CDN İzotopları M-2327%98 atom 15N, %98 atom D, Quebec Kanada
4-1H-3-karbamoil-2,2,5,5-tetra (2< / sup>H < sub>3< / sub>) metil-3-pirroliniloksil (15< / sup>N-mHCTPO)N/AN/AU. Maryland'de sentezlenmiş ve Referans 29'da açıklanmıştır
3-karboksi-2,2,5,5-tetra (2< / sup>H < alt > 3< / alt >) metil-1-(3,4,4-2< / sup>H < alt > 3< / alt >,1-15< / sup>N) pirolidiniloksil (15< / sup>N-Proxyl)N/AN/A U. Maryland'de sentezlenmiş ve Referans 25'te açıklanmıştır
4 mm Kuvars EPR TüpleriWilmad Glass707- SQ-100M
4-okso-2,2,6,6-tetra (2< / sup>H < alt > 3 < / alt >) metil-1- (3,3,5,5-2< / sup>H < alt > 4< / alt >) piperdiniloksil (14< / sup>N-PDT)CDN İzotoplarıD-2328%98 atom D, Quebec Kanada
pH'a duyarlı trityl radikali (aTAM4)Ohio State UniversityN/AOhio Eyaletinde Sentezlendi Üniversite ve Referans 26'da açıklanmıştır
Potassum Fosfat, MonobazikJ.T. Baker Kimyasalları1-3246
6 mm Kuvars EPR TüplerWilmad GlassQ-5M-6M-0-250/RB
8 mm Kuvars EPR TüplerWilmad GlassQ-7M-8M-0-250/RB
5-tert-butoksikarbonil-5-metil-1-pirolin-N-oksit (BMPO)N/AN/AU. Maryland'de sentezlenmiş ve Referans 30'da açıklanmıştır
Hidrojen PeroksitSigma AldrichH1009 SIGMA%30
16 mm Kuvars EPR tüpüWilmad Glass16-7PP-11QTZ
Orta Basınç 450 W UV lambasıHanovia679-A36Fairfield, NJ
L-Glutatyon, indirgenmişSigma AldrichG470-5
NitronylNAN/AU. Maryland'de sentezlendi ve Referans 31 Sodyum Hidroksit'te tarif edildi
;J.T. Baker Kimyasalları1-3146

Kaynaklar

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

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Yeniden basım ve izinler

Bu JoVE makalesinin metnini veya şekillerini yeniden kullanmak için izin iste

İzin iste

Etiketler

H zl Tarama EPRn Vivo G r nt lemeOksijen KonsantrasyonupH l mRedoks DurumuSinyal Molek lleriSpektral Uzamsal G r nt lemeapraz D ng l Rezonat rG Doygunluk E risi

İlgili makaleler