Obrazowanie metodą rezonansu elektronowego

Rezonans elektronowy ( ERI ) to przedkliniczna metoda obrazowania wraz z pozytonową tomografią emisyjną (PET), tomografią komputerową (CT), obrazowaniem metodą rezonansu magnetycznego (MRI) i innymi technikami. ERI jest przeznaczone do obrazowania małych zwierząt laboratoryjnych, a jego unikalną cechą jest możliwość wykrywania wolnych rodników . Ta technika może być również wykorzystana do innych celów, takich jak materiałoznawstwo, jakość żywności itp.

Do celów obrazowania in vivo ERI jest metodą minimalnie inwazyjną. Wymaga dożylnego wstrzyknięcia substancji zewnętrznych, zwanych sondami spinowymi (zwykle są to związki nitroksydowe lub triarylometylowe). Główną zaletą modalności ERI jest możliwość mapowania parametrów mikrośrodowiska tkanki, np. ciśnienia parcjalnego tlenu (pO2), stanu redoks, stresu oksydacyjnego , stężenia tiolu, pH , fosforu nieorganicznego, lepkości itp. ERI jest powszechnie wykorzystywana do badań w obszarach onkologii , chorób neurodegeneracyjnych i opracowywania leków .

Pochodzenie

ERI to przedkliniczne zastosowanie obrazowania elektronowego rezonansu paramagnetycznego (EPRI). Termin „ERI” został wprowadzony w celu odróżnienia urządzenia komercyjnego od urządzeń EPRI, które są zwykle używane w domenie akademickiej.

elektronowego rezonansu paramagnetycznego (EPR) jest przeznaczona do badania substancji z niesparowanymi elektronami. Po raz pierwszy pojawił się w 1944 roku, mniej więcej w tym samym czasie, co podobne zjawisko - jądrowy rezonans magnetyczny (NMR). Ze względu na ograniczenia sprzętowe i programowe EPR nie rozwijał się tak szybko jak NMR. Doprowadziło to do ogromnej luki między tymi dwiema metodami. Dlatego też, aby podkreślić przełom w obrazowaniu przedklinicznym, przedstawiając EPRI jako metodę komplementarną do obecnie stosowanych, wprowadzono termin „ERI”.

Zastosowania in vivo

Obrazowanie tlenu

Jednym z wielu możliwych zastosowań ERI jest możliwość pomiaru bezwzględnej wartości tlenu. Szerokość sygnału EPR z wrażliwych na tlen sond spinowych zależy liniowo od stężenia tlenu w tkankach. Dlatego informacje o zawartości tlenu są zbierane bezpośrednio z badanych obszarów. Mapowanie tlenu jest powszechnie wykorzystywane do planowania i poprawy skuteczności zabiegów radioterapii. Tritylowe sondy spinowe są najbardziej odpowiednie do stosowania w obrazowaniu tlenu.

Stan redoks i stres oksydacyjny

Unikalną właściwością ERI jest możliwość śledzenia reaktywnych form tlenu (ROS). Cząsteczki te są wszechstronne i stale powstają w organizmach żywych. RFT odgrywają szczególną rolę w mechanizmach oksydacyjnych i redukcyjnych. W normalnym stanie fizjologicznym liczba RFT jest kontrolowana przez przeciwutleniacze . Czynniki zwiększające ilość ROS (np. promieniowanie jonizujące, jony metali itp.) spowodują ich nadprodukcję. Ten stan prowadzi do braku równowagi między tymi cząsteczkami i dlatego nazywany jest stresem oksydacyjnym.

Farmakokinetyka

ERI pozwala na dynamiczne pomiary i śledzenie 3D sondy spinowej. W tym przypadku termin „dynamika” odnosi się do szybkiego powtarzania procesu obrazowania i śledzenia zmian natężenia sygnału dla każdej lokalizacji, która jest obrazowana w czasie. Dzięki wysokiej rozdzielczości czasowej i czułości metody możliwe jest rozróżnienie fazy dopływu i odpływu sondy spinowej, biodystrybucji oraz czasu osiągnięcia maksymalnego stężenia sondy spinowej.

Sondy wirujące

W warunkach naturalnych wolne rodniki charakteryzują się niezwykle krótką żywotnością, dlatego aby uchwycić sygnał EPR, musi zostać dostarczona zewnętrzna cząsteczka ze stabilnym wolnym rodnikiem. Zwykle dzieje się to poprzez wstrzyknięcie do organizmu zwierzęcia. Istnieją dwie główne klasy sond spinowych używanych do obrazowania: rodniki nitroksydowe i triarylometylowe (TAM, trityl).

Rodniki azotanowe są wrażliwe na stężenie tlenu, pH, stężenie tiolu, lepkość i polarność. Problem z tego typu sondami spinowymi polega na ich szybkiej redukcji, co czasami prowadzi do utraty sygnału EPR. Rodniki triarylometylowe charakteryzują się znacznie dłuższą żywotnością i zwiększoną stabilnością wobec redukujących i utleniających czynników biologicznych. Doskonale nadają się do pomiaru stężenia tlenu, pH, stężenia tiolu, fosforanów nieorganicznych i stanu redoks.

Chociaż wyżej wymienione sondy spinowe są najpopularniejszym wyborem, istnieje wiele innych, które można wykorzystać w ERI. Jednym z wielu przykładów jest melanina – pigment polimerowy, który zawiera mieszaninę eumelaniny i feomelaniny. Jest to jedyna substancja występująca w warunkach naturalnych, która pozwala na rejestrację sygnału EPR, bez konieczności dostarczania zbędnych sond spinowych.

  1. ^ Utsumi H, Muto E, Masuda S, Hamada A. Pomiar in vivo ESR wolnych rodników u całych myszy. Biochem Biophys Res Commun. 1990;172(3):1342-8.
  2. ^ a b c Eaton GR, Eaton SS. Wprowadzenie do obrazowania EPR z wykorzystaniem gradientów pola magnetycznego. Koncepcje Magn Reson. 1995;7(1):49–67.
  3. ^    Kotecha, Mrignayani, Boris Epel, Sriram Ravindran, Deborah Dorcemus, Syam Nukavarapu i Howard Halpern. (2018). „Nieinwazyjne obrazowanie tlenu metodą absolutnego rezonansu paramagnetycznego elektronów do oceny natlenienia przeszczepu tkankowego” . Inżynieria tkankowa Część C: Metody . 24 (1): 14–19. doi : 10.1089/ten.TEC.2017.0236 . PMC 5756934 . PMID 28844179 . {{ cite journal }} : CS1 maint: wiele nazwisk: lista autorów ( link )
  4. ^ Yan G, Lei P, Shuangquan JI, Liang L, butelka SE. Sondy spinowe do obrazowania elektronowego rezonansu paramagnetycznego. Chiński biuletyn naukowy 53(24):3777-3789. grudzień 2008.
  5. ^ a b M. Gonet, M. Baranowski, T. Czechowski, M. Kucińska, A. Plewiński, P. Szczepanik, S. Jurga, M. Murias Multiharmonic elektronowego rezonansu paramagnetycznego jako innowacyjne podejście do badań in vivo. Wolny Radic. Biolo. I Medyk. 152, 271-279, (2020)
  6. ^ a b c d M. Baranowski, M. Gonet, T. Czechowski, M. Kucinska, A. Plewiński, P. Szczepanik, M. Murias Obrazowanie dynamicznego elektronowego rezonansu paramagnetycznego: nowoczesna technika obrazowania biodystrybucji i farmakokinetyki . J. Fiz. chemia C 124, 19743-19752, (2020)
  7. ^ Bobko AA, Eubank TD, Driesschaert B, Chramcow VV. Ocena in vivo EPR pH, pO2, stanu redoks oraz stężeń fosforanów i glutationu w mikrośrodowisku guza. J Vis Exp. 2018 16 marca;(133).
  8. ^     Lawrence J. Berliner, Narasimham L. Parinandi (2020). Pomiar utleniaczy i stresu oksydacyjnego w układach biologicznych, Biologiczny rezonans magnetyczny 34 (2020) . Biologiczny rezonans magnetyczny. Tom. 34. doi : 10.1007/978-3-030-47318-1 . ISBN 978-3-030-47317-4 . PMID 33411425 . S2CID 221071036 .
  9. ^ Tseytlin M, Stolin AV, Guggilapu P, Bobko AA, Chramcow VV, Tseytlin O, Raylman RR. Połączony system pozytonowej tomografii emisyjnej (PET) i elektronowego rezonansu paramagnetycznego (EPRI): wstępna ocena prototypowego skanera. Phys Med Biol. 2018;63(10):105010.
  10. ^ Zavoisky E. Spin-rezonans magnetyczny w paramagnetyce. J Phys Acad Sci ZSRR. 1945;9:211–45.
  11. ^ Purcell E, Torrey H, Pound R. Absorpcja rezonansu przez jądrowe momenty magnetyczne w ciele stałym. Phys Rev. 1946;69:37–338.
  12. ^ Elas M, Bell R, Hleihel D, Barth ED, McFaul C, Haney CR, Bielanska J, Pustelny K, Ahn KH, Pelizzari CA, Kocherginsky M, Halpern HJ. Elektronowy rezonans paramagnetyczny Obraz tlenu Frakcja niedotlenienia plus dawka promieniowania silnie koreluje z wyleczeniem guza w włókniakomięsakach FSa. Int J Radiat Oncol. 2008;71(2):542–9.
  13. ^    Halpern, HJ, C. Yu, M. Peric, E. Barth, DJ Grdina i BA Teicher. (20 grudnia 1994). „Oksymetria głęboko w tkankach z elektronowym rezonansem paramagnetycznym o niskiej częstotliwości”. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 91, no. 26 (20 grudnia 1994): 13047–51" . Proceedings of the National Academy of Sciences . 91 (26): 13047–13051. doi : 10.1073 /pnas.91.26.13047 . PMC 45578. PMID 7809170. { { cytuj dziennik }} : CS1 maint: wiele nazw: lista autorów ( link )
  14. Bibliografia _ Obrazy tlenu EPR przewidują kontrolę guza dzięki 50% dawce promieniowania kontrolującej guz. Rak Res. 1 września 2013;73(17):5328-35.
  15. ^    Epel, Boris, Matthew C. Maggio, Eugene D. Barth, Richard C. Miller, Charles A. Pelizzari, Martyna Krzykawska-Serda, Subramanian V. Sundramoorthy. (marzec 2019). „Radioterapia sterowana tlenem”. International Journal of Radiation Oncology, Biology, Physics 103, no. 4 (15 2019): 977–84" . International Journal of Radiation Oncology, Biology, Physics . 103 (4 ) : 977–984. doi : 10.1016/j.ijrobp.2018.10.041 . PMC 6478443. PMID 30414912. { { cite journal }} : CS1 maint: wiele nazwisk: lista autorów ( link )
  16. ^   autorzy   Tormyshev, Victor M., Alexander M. Genaev, Georgy E. Sal'nikov, Olga Yu Rogozhnikova, Tatiana I. Troitskaya, Dmitrij V. Trukhin, Victor I. Mamatyuk, Dmitrij S. Fadeev i Howard J. Halpern. (2012). „Triarylometanole zawierające duże grupy arylowe i eksperymentalna obserwacja NOESY / EXSY mechanizmu odwracania dwóch pierścieni w celu odwrócenia spirali śmigieł molekularnych”. European Journal of Organic Chemistry 2012, no. 3 (styczeń 2012)" . European Journal of Organic Chemistry . 2012 ( 3): 623–629. doi : 10.1002/ejoc.201101243 . PMC 3843112. PMID 24294110. {{ cite journal }} lista ( link ) : CS1 maint: wiele nazwisk:
  17. ^ Gomberg, M. (1897). „Tetrafenylometan” . Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft . 30 (2): 2043–2047. doi : 10.1002/cber.189703002177 .
  18. ^ Emoto MC, Matsuoka Y, Yamada KI, Sato-Akaba H4, Fujii HG. Nieinwazyjne obrazowanie poziomów i wpływu glutationu na stan redoks mózgu myszy za pomocą obrazowania elektronowego rezonansu paramagnetycznego. Biochem Biophys Res Commun. 15 kwietnia 2017;485(4):802-806.
  19. ^ Elas M, Ichikawa K, Halpern HJ. Obrazowanie stresu oksydacyjnego u żywych zwierząt technikami opartymi na elektronowym rezonansie paramagnetycznym. Rozdzielczość promieniowania 2012;177(4):514–23.
  20. ^ Fujii H, Sato-Akaba H, Kawanishi K, Hirata H. Mapowanie stanu redoks w modelu myszy z chorobą mózgu za pomocą trójwymiarowego obrazowania EPR: obrazowanie EPR tlenków azotu w głowie myszy. Magn Reson Med. 2011;65(1):295–303.
  21. ^ Vanea E, Charlier N, Dewever J, Dinguizli M, Feron O, Baurain JF, Gallez B. Molecular elektronowy rezonans paramagnetyczny obrazowania melaniny w czerniakach: dowód słuszności koncepcji. NMR Biomed. 2008;21(3):296–300.
  22. ^ Charlier N, Desoil M, Gossuin Y, Gillis P, Gallez B. Obrazowanie elektronowego rezonansu paramagnetycznego melaniny w pszczole miodnej. Cell Biochem Biophys. 2020

Linki zewnętrzne

Pobrano z „ https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Electron_resonance_imaging&oldid=1141045636 ”