测量超极化 [1-13C]硫化的旋转-莱迪兹松弛磁场依赖性

摘要

提出了一种利用快速场循环松弛测定法，利用动态核极化方法超极化^的13种C富集化合物自旋晶格松弛时间的磁场依赖性。具体来说，我们已经^用[1-13C]丙酮进行了演示，但该协议可以扩展到其他超极化基板。

摘要

超极^化13C富集化合物在体内成像应用的基本限制是其有限的自旋晶格松弛时间。影响松弛速率的各种因素，如缓冲液成分、溶液pH、温度和磁场。在最后一方面，自旋晶格放松时间可以测量临床场强度，但在较低的领域，这些化合物从偏振器中分配并输送到MRI，松弛更快，难以测量。为了更好地了解运输过程中磁化损失的数量，我们采用快速场循环松弛测量法，在±0.75 T时^对13C核进行磁共振检测，以测量超极化 [1-¹³C]丙酮的自旋晶格松弛时间。溶解动态核极化用于在浓度为80 mmol/L和生理pH（±7.8）下产生超极化的丙酮酸盐样品。这些溶液被迅速转移到快速场循环松弛计，以便使用校准的小翻转角度（3°-5°）测量样品磁化的松弛度作为时间的函数。为了绘制丙酮酸的C-1的T1色散图，我们记录了介于0.237 mT和0.705 T之间的不同松弛场的数据。利用这些信息，我们确定了一个经验方程，以估计上述磁场范围内超极化基板的自旋晶格松弛。这些结果可用于预测传输过程中磁化损失的数量，并改进实验设计，以尽量减少信号损耗。

引言

磁共振光谱成像（MRSI）可以生成光谱成像检测到的代谢物的空间图，但其实际应用往往受到其灵敏度相对较低的限制。这种体内磁共振成像和光谱方法的低灵敏度源于在体温下可实现的少量核磁化和合理的磁场强度。然而，通过使用动态核极化（DNP）来大大增强液体基质的体外磁化，从而利用MRSI^1，2，这种基质被注射到体内代谢中去探索，从而克服这一限制。^,3,4. DNP能够增强大多数核的磁化，具有非零核自旋，并用于^提高13种C富集化合物（如丙^酮5、6、碳酸氢碳酸盐）^{的体内MRSI敏感性7、8、}富^马9、乳^酸10、谷氨^酰胺11等，超过4^级12级。其应用包括血管疾病^{成像 13，}

研究方案

1. 样品制备

注：步骤 1.1-1.8 只执行一次

1. 制备1 mL的^库存13C富聚丙酸溶液，广泛用于体内研究1，2，5，6，包括15-mmol/L的三氧化二甲酸溶解在+1-¹³酸（见材料表）。此库存溶液中的等分将用于将单独极化的样品，随后在不同磁场进行松弛测量。^[1-13C_pyruvic酸分子的表示形式》如图1所示。
2. 在动态核偏振器软件界面（见材料表）上，点击冷却按钮将可变温度插入（VTI）的温度降至1.4K。
3. 一旦 DNP 达到所需温度，将库存溶液的 10 μL 加载到样品杯中，打开炮塔门，并使用专为此任务设计的插入棒将杯插入 VTI。
4. 之后，快速取出魔杖，确保杯子被释放。然后关闭炮塔门，在 VTI 温度回到 1.4 K 时继续以下步骤。
5. 准备 DNP 运行微波扫描，以便找到用于....

结果

图2给出了一个高分辨率全范围微波扫描热柳酸的例子。对于所呈现的情况，最佳微波频率对应于图中突出显示的 94.128 GHz。我们的 DNP 系统通常可在 93.750 GHz 到 94.241 GHz 的范围内工作，步长大小为 1 MHz，极化时间可达 600 s，功率高达 100 mW。只针对新型基板研究全范围频率。然而，根据之前^对13个C-pyruvic酸的经验，我们预计最佳频率在94.127GHz左右。因此，通常使用 94.11.......

讨论

使用DNP增强信号采集是一种技术解决方案，^解决13C核在有限浓度下产生的磁共振信号不足，就像动物注射中使用的一样，但也带来了其他实验挑战。图 7所示的每个松弛测量值都表示对独特制备样品的测量，因为它在溶解后不能重新极化以进行重新测量。由于样品和溶解介质在称重过程中样品制备的微小差异，或溶解过程本身的变化（如样品的不完全提取和彻底混合.......

材料

Name	Company	Catalog Number	Comments
[1-13C]Pyruvic Acid	Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, USA	677175
10mm NMR Tube	Norell, Inc., Morganton NC, USA	1001-8
De-ionized water
Ethylenediaminetetraacetic acid disodium salt dihydrate (EDTA)	Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, USA	E5134
HyperSense Dynamic Nuclear Polarizer	Oxford Instruments, Abingdon, UK		Includes the following: "DNP-NMR Polarizer" software used to control and monitor the whole DNP polarizer; "RINMR" used to monitor the solid state polarization levels; "HyperTerminal" used to communicate the DNP software with the RINMR software that monitors the solid state polarization level. Also includes the MQC bench top spectrometer to monitor the liquid state polarization in conjunction with it own RINMR software
MATLAB R2017b	MathWorks, Natick, MA		Include scripts for non-linear fitting of magnetization decay over time and T1 NMRD analysis of hyperpolarized pyruvic acid.
OX063 Triarylmethyl radical	Oxford Instruments, Abingdon, UK
pH meter - SympHony	VWR International, Mississauga, ON., Canada	SB70P
ProHance	Bracco Diagnostics Inc.		Gadoteridol, Gd-HP-DO3A
Pure Ethanol (100% pure)	Commercial Alcohols, Toronto, ON, Canada	P016EAAN
Shim Coil			Developed in-house
Sodium Chloride	Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, USA	S7653
Sodium Hydroxide	Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, USA	S8045
SpinMaster FFC2000 1T C/DC	Stelar s.r.l., Mede (PV) Italy		Includes the software "AcqNMR" that is used to set experimental parameters, monitor the tuning and matching of the RF coil, loading different pulse sequences, calibrate flip angle, data acquisition and curve fitting, among other functions. Also includes a depth gauge, some weights and a depth stopper.
Trizma Pre-Set Crystals (pH 7.6)	Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, USA	T7943