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Nov 27, 2023

한제를 사용한 13C 및 15N 과분극의 성능 및 재현성

과학 보고서 12권,

Scientific Reports 12권, 기사 번호: 11694(2022) 이 기사 인용

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전임상 이미징 센터에서 용해 동적 핵 분극(dDNP)을 사용하여 과분극 조영제를 생산하기 위한 극저온 물질 없는 장치의 설정, 작동 절차 및 성능이 설명되어 있습니다. 샘플 위치, 마이크로파 및 NMR 주파수, 전력 및 플립 각도를 보정하기 위해 고체 DNP 강화 NMR 신호를 사용하여 분극을 최적화했습니다. 수용액에서 ~4 mL, 60 mM 1-13C-피루브산을 생성하기 위한 표준 제제의 분극화는 용해 후 P(13C) = (38 ± 6) % (19 ± 1) s까지 5번의 실험을 통해 정량화되었습니다. 고체 분극 형성의 단일 지수 시상 수는 (1032 ± 22) s로 정량화되었습니다. 샘플 로딩, 편광 축적 모니터링, 용해 및 다음 실행 준비를 포함하는 1.5시간의 듀티 사이클을 달성했습니다. 생체 내 조영제 주입 후 대사산물 지도를 측정하여 피루브산염, 피루브산염 수화물, 젖산염, 알라닌을 관찰하였다. 이 작업 순서를 기반으로 과분극된 15N 요소가 얻어졌습니다(용해 후 P(15N) = (5.6 ± 0.8) % (30 ± 3) s).

자기공명영상(MRI)은 전리 방사선 없이 3D로 고해상도 해부학적 및 기능적 영상을 제공함으로써 현대 진단에 혁명을 일으켰습니다1,2. 그러나 생체 내 생화학적 과정의 대부분은 여전히 ​​최선의 노력을 기울이지 않고 있으며 이러한 과정에 접근하는 것은 여전히 ​​많은 연구의 주요 목표로 남아 있습니다.

여기서 과분극 조영제는 비침습적 및 생체 내 대사에 대한 고유한 창을 제공하므로 큰 가능성을 가지고 있습니다. 선택된, 종종 내인성 분자의 신호를 증폭시킴으로써 제한된 시간 동안 높은 공간적, 화학적 분해능으로 그 운명을 추적할 수 있습니다. 이러한 특성으로 인해 종양이 뚜렷해지기 전에 암 조직을 식별할 수 있었고 치료 반응을 모니터링하는 데 도움이 되었습니다.

Dissolution dynamic nuclear polarization (dDNP) 10,000 times in liquid-state NMR. Proc. Natl. Acad. Sci. 100, 10158–10163 (2003)." href="/articles/s41598-022-15380-7#ref-CR3" id="ref-link-section-d1848662e516"> 3은 생체 내 이미징을 위한 과분극(HP) 생체분자에 대한 가장 확립된 기술이며, 과분극된 크세논6을 통해서만 인간4,5에 대한 적용 가능성을 공유합니다. 다른 HP 기술에는 무차별 대입7, 파라수소 유발 분극8, 화학적으로 유도된 동적 핵 분극9 및 희가스의 경우 스핀 교환 광학 펌핑10,11이 포함됩니다.

dDNP는 약 1시간 만에 생체분자를 50% 이상 분극화할 수 있었습니다12,13. 표적의 핵 분극은 낮은 온도(약 1.4K)와 높은 자기장(약 6.7T)을 사용하여 전자 스핀을 먼저 분극시킴으로써 달성됩니다. 그런 다음 전자 분극은 관련된 두 전자 스핀의 Larmor 주파수 차이에 해당하는 주파수로 전송되는 전자기파의 작용 하에서 전자 스핀과 핵 스핀 사이의 상호 작용을 사용하여 핵 분극으로 전달됩니다. 짝을 이루지 않은 전자 스핀은 TEMPO, TEMPOL 또는 트리틸 라디칼16,17 또는 UV 방사선18에 의해 유도되는 안정적인 라디칼의 형태로 추가됩니다. 또한 HYPOP19와 같은 다른 유형의 샘플 공식도 있습니다.

원하는 수준의 핵 스핀 분극이 달성되면 동결된 시료는 가압된 과열수에 의해 빠르게 녹고 용해되어 편광판에서 배출되어 주사 가능한 조영제가 생성됩니다.

Overall, dDNP is a complex process combining nuclear magnetic resonance (NMR) electron spin resonance (ESR), radical chemistry, high magnetic fields, fast dissolution, and cryogenictemperatures. Making this process available for biomedical research routinely is not straight forward. Over the last decades, several experimental implementations of dDNP were presented such as a cryogen-consumption-free DNP 9.4 T polarizer20, a 129-GHz dynamic nuclear polarizer in an ultra-wide bore superconducting magnet21, a Dynamic Nuclear Polarization Polarizer for sterile Use Intent22 and a multisample 7 T dynamic nuclear polarization polarizer for preclinical hyperpolarized MR23. Moreover, a number of dDNP polarizer were commercialized: HyperSense by Oxford Instruments 10,000 times in liquid-state NMR. Proc. Natl. Acad. Sci. 100, 10158–10163 (2003)." href="/articles/s41598-022-15380-7#ref-CR3" id="ref-link-section-d1848662e608"3, SpinLab by GE and SpinAligner by Polarize24./p>

10,000 times in liquid-state NMR. Proc. Natl. Acad. Sci. 100, 10158–10163 (2003)./p>