Name: dissolution dynamic nuclear polarization instrumentation for real-time enzymatic reaction rate measurements by nmr
Uploaded: 2016-02-23T15:00:00.000+00:00
Duration: 10 min 54 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Dissolution Dynamic Nuclear Polarization Instrumentation for Real-time Enzymatic Reaction Rate Measurements by NMR at JoVE.com

Yazarlar yararlı tartışmalar için Dr. F. Kateb ve Dr G. Bertho yanı sıra, ekipman seçimi ve montaj yardım için Dr JJ van der Klink teşekkür ederim. AC İsviçre Ulusal Bilim Vakfı (PPOOP2_157547 hibe) tarafından desteklenmiştir. Biz Paris Sorbonne Cité (NMR Com, DIM Analytics, Ville de Paris, Fondation de la Recherche Médicale (FRM ING20130526708) ve Parteneriat Hubert Curien Brancusi 32662QK finansman kabul. Ekibimiz Equipex programlarının Paris-en-rezonans parçasıdır ve CACSICE.

Not: Bütün veriler analiz ticari yazılımı kullanılarak yapıldı. 1. Polarize Çözüm hazırlayın <ol><li> Bir 1.12 M, 13C-etiketli sodyum piruvat 2 mi hazırlama (Na + [CH3-CO- 13 COO-] -, alt-tabaka) çözeltisi kökü TEMPOL 33 mM katkılı (4-hidroksi-2,2,6,6- tetrametilpiperidin-1-oksil, polarize madde) 4, 2: 1 D 2 O / D 13 C gözlemler için 6 -etanol. DİKKAT: Kullanım önlemleri nedeniyle d6 -etanol yanıcı doğası alınmalıdır. </li><li> Radikal konsantrasyon elde kutuplaşma açısından en uygun olduğundan emin olun. <ol><li> (30 mM veya 35 mM için, örneğin) biraz noktasında 1.1 çözeltinin radikal konsantrasyonunu değiştirin. </li><li> iteratif solid-state geliştirme belirleme (Adım 3) ve maksimum arttırılmasına neden radikal konsantrasyonunu bulmak. </li></ol></li></ol> 2. Polarizatiyon <ol><li> bekleme süresi usulü ile DNP kriyostat sıcaklığını düşürün. Kriyostat yazılım arayüzü (Şekil 2B) hakkında &#39;Cooldown&#39; butonuna tıklayın. </li><li> doldurma usulü ile DNP kriyostat sıvı helyum toplayın. Kriyostat yazılım arayüzü (Şekil 2B) hakkında &#39;Dolum&#39; butonuna tıklayın. </li><li> DNP polarize ile sağlanan örnek kapta Adım 1.1 optimize kutuplaştırıcı çözeltisi 300 ul yerleştirin. yumuşak bir sıvı azot banyosu içine daldırılmasıyla içindeki numune ile numune muhafazası dondurun. </li><li> su azot banyosunda örnek kabın açılan ve ters çevirerek dondurma prosedürü (adım 2.3) sonra örnek kap içinde mevcut olabilir, sıvı azot ortadan kaldırır. NOT: Bu adım, örnek tam bir çözünme elde etmek için çok önemli olan (adım 5). </li><li> kriyostat içine örnek yerleştirin. NOT: Bu StEP aşağıdaki alt adımı oluşan (yani, en az 10-20 sn) erime numunenin önlemek için hızlı bir şekilde gerçekleştirilmelidir. <ol><li> numune tutucu örnek kabı yerleştirin. Ana Kriyostat insert örnek tutucu yerleştirin. numune tutucuya mikrodalga dalga kılavuzu yerleştirin. </li></ol></li><li> 1 K soğutma işlemini başlatarak kriyostat sıcaklığını düşürün. Kriyostat yazılım arayüzü (Şekil 2B) hakkında &#39;1K Soğutma&#39; düğmesini tıklayın. </li><li> mikrodalga kaynağını açın ve örnek ışın tedavisi. Kriyostat yazılım arayüzü (Şekil 2B) hakkında &#39;MW-ON &quot;butonuna tıklayın. </li></ol> 3. Solid-state NMR Ölçümleri <ol><li> 90 ° Konnektörü saat yönünün tersine döner ve çekerek spektrometre bobininden NMR konsol algılama kanalı koaksiyel kablosunu çıkarın. kriyostat koaksiyel bağlantı algılama kanalının koaksiyel kablo takınNMR bobin. oryantasyon pin dikkat, kriyostat NMR bobin dişi konnektör NMR konsol kablosunun erkek konnektörü takın; sıkıca bastırın ve 90 ° konektör saat yönünde çevirin. </li><li> T = 5 dakika aralıklarla tekrarlanan un kalibre düşük çevirme açısı darbeleri ile basit bir darbe Edinme sekansı kullanılarak kriyostat yerinde katı halde NMR ısı sinyali ölçer. ölçüm kurduktan sonra, yazılım &#39;ig&#39; komut satırında yazmak ve &#39;Enter&#39; klavye tuşuna basın. spektrometre çalışma ve ölçüm kurulumu hakkında ayrıntılı bilgi için NMR spektrometresi kullanım kılavuzuna başvurun. </li><li> DNP geliştirilmiş NMR sinyali ölçün. Bölüm 2&#39;de açıklandığı gibi DNP süreci başlatıldıktan sonra adım 3.2 tekrarlayın işlemleri. </li><li> 90 ° Konnektörü saat yönünün tersine döner ve çekerek kriyostat NMR bobininden NMR konsol algılama kanalı koaksiyel kablosunu çıkarın. deterjanları koaksiyel kablo takınspektrometre bobin koaksiyel konnektörüne ction kanalı. oryantasyon pin dikkat, spektrometre bobin dişi konnektör NMR konsol kablosunun erkek konnektörü takın; sıkıca bastırın ve 90 ° konektör saat yönünde çevirin. </li></ol> 4. Ana Mıknatıs Field ( &#39;terazi ayarına&#39;) &#39;in Homojenliğinde optimize <ol><li> Spektrometresi önceki deneyler (örneğin, Aşama 6.2) sonra üretilen karışımın 500 ul ihtiva eden bir tüp yerleştirin. </li><li> maksimum arama layneri degrade bobinler akım değiştirerek NMR spektrometre shimming gerçekleştirmek döteryum sinyali &#39;kilit&#39;. NMR konsolunda gelen düğmeye basarak ilgili layneri bobini seçin. <ol><li> Kilit sinyalini artırır dönüş yönünü belirlemek için NMR konsolda düğmeyi çevirin. Sinyal maksimum ulaşana kadar dönmeye devam eder. Başka layneri bobini seçin ve maksimizasyonu un tekrartüm shimming bobinler için yerel maksimum til bulunur. Daha fazla bilgi için NMR spektrometresi kullanım kılavuzuna başvurun. Sonunda, kilitleme için kullanılan numuneyi çıkar. </li></ol></li></ol> 5. Fesih <ol><li> Çözünme insert kazandaki D 2 O 5 ml ekleyin. Basınç ile T ≈ 180-200 ° C ulaşana kadar dirençli tel ile D 2 O ısıtın. Kriyostat yazılım arayüzü (Şekil 2B) hakkında &#39;Isıtıcı hazırlayın&#39; butonuna tıklayın. </li><li> Örnek polarizasyon işlemin tamamlanmasından sonra, (örneğin, 3 T DNP sonra), oda basıncının biraz üzerinde Kriyostat basınç. Kriyostat yazılım arayüzü (Şekil 2B) hakkında &#39;SS operasyonların&#39; düğmesini tıklayın. çözünme insert mikrodalga kılavuzunu çıkarın. </li><li> Numune tutucu içine çözünme insert (Şekil 3B) kaydırın (Şekil 3A-c). Erime uç numune tutucusunun alt ulaşmak zorundadır ve kriyostat D 2 O sızmaması için, numune kabı ile sızdırmaz bir bağlantı kurmak için sıkı bir şekilde itilmesi gerekir. </li><li> Çözünme sekansı, pnömatik valflar işlemleri, önceden belirlenmiş bir zaman ayarlı dizisini başlatmak için donanım tetik (Şekil 3C-H) basın. </li></ol> 6. Enjeksiyon <ol><li> 500 ul örneği içeren çözülme yeri 5 mm NMR tüpü, (örneğin, D 2 O için önce <img alt="Equation13" src="/files/ftp_upload/53548/53548equation13.jpg" width="29" /> 11.74 T NMR spektrometresi İzomerkez Aşama 9 enzimatik aktivite ölçümleri için Adım 8&#39;den Adım 7 veya LDH çözelti), ölçüm (Adım 4) bakın. </li><li> Sadece çözündürme (aşama 5), ​​Adım 6.1 NMR spektrometresi yer numune ile hiperpolarize çözeltisi 500 ul karıştırın. <ol><li> Manuel Enjeksiyon: hiperpolarize toplamakNMR spektrometresi mıknatısa yakın yerleştirilmiş bir cam beher içinde, bir 2.5 m uzunluğunda bir transfer borusunun sonunda, çözelti. El ile özel yapılmış kılcal sistem içinden NMR tüpte hiperpolarize çözeltisi 500 ul enjekte edilir. </li><li> Otomatik enjeksiyon: çözünme işleminden önce, transfer için kullanılan helyum gazı hyperpolarized çözüm ayıran otomatik ölçüye enjeksiyon cihazına transfer tüpü bağlayın. cihaz otomatik deney tüpüne hiperpolarize çözeltisi 500 ul sağlar. </li></ol></li></ol> 7. Sıvı halde NMR Ölçümü <ol><li> dağılmasından sonra, alt-tabaka (A) manyetizasyon ilerlemesini ve (b) ürünü takip 1.5 sn aralanmış 10 ° dönüş açısı darbe Edinme dizileri bir dizi spektrometresinde numuneden NMR hiperpolarize sinyali ölçer. ölçüm kurduktan sonra, yazılım &#39;ig&#39; komut satırında yazma ve &amp; # tuşuna39; klavye tuşuna basın. spektrometre çalışma ve ölçüm kurulumu hakkında ayrıntılı bilgi için NMR spektrometresi kullanım kılavuzuna başvurun. </li><li> Mıknatıslanma, T = 3 T 1 ≈ 3 dakika aralıklı 90 ° dönüş açısı darbe elde dizileri bir dizi (T = 10 T 1, yani sonra), NMR ısı sinyali ölçüm tamamen rahat sonra. ölçüm kurduktan sonra, yazılım &#39;ig&#39; komut satırında yazmak ve &#39;Enter&#39; klavye tuşuna basın. spektrometre çalışma ve ölçüm kurulumu hakkında ayrıntılı bilgi için NMR spektrometresi kullanım kılavuzuna başvurun. </li></ol> (Piruvat-to-laktat Dönüşümü için spesifik) enzim içeren Örneklerinde 8. hazırlanması <ol><li> Aşağıdaki reçete ile reaksiyon tamponu hazırlayın: 50 mM, 0.1 M fosfat tamponu içinde nikotinamid adenin dinükleotit (NADH), 1 mM etilen-diamintetraasetik asit (EDTA), 0.1 mM ditiotreitol (DTT), düşük pH =7.0. </li><li> bir tavşan kas LDH çözeltisi 20 ug / ml bovin serum albümini, BSA ile reaksiyon tamponu içinde taze hazırlanmış 1 U / ml hazırlayın. </li><li> 478 ul reaksiyon tamponu (8.1 Adım) karıştırın, 20 ul D 2 O spektrometre alan stabilizasyon ( &#39;kilit&#39;) ve 2 ul LDH solüsyonu (7.2 Adım) için izin vermek. </li><li> 5 mm NMR tüpü içine Adım 8.3 hazırlanan 500 ul çözüm hacmini yerleştirin ve 500 MHz NMR spektrometresi içine tüp yerleştirin. </li></ol> 9. Komple Enzimatik Reaksiyon Hızı Ölçümü Prosedürü <ol><li> polarizasyon örnek (Adım 1) hazırlayın ve onu (Adım 2) polarize. </li><li> spektrometre (Adım 4) üzerine shimming gerçekleştirin ve enzimatik örneği (Adım 8) hazırlar. </li><li> çözündürme (aşama 5) ve enjeksiyon (Aşama 6) uygulayın. </li><li> 1,5 sn (Adım 7) aralıklı 10 ° çevirme açısı bakliyat satın almalar ile hyperpolarized numuneden gelen sinyallerin bir dizi ölçün. Bu adım hiperpolarize ölçüm veriyorSinyal çürüme ve metabolitleri sinyal birikmesi. </li></ol> 10. Montaj <ol><li> Aşama 9.4&#39;te elde edilen her bir spektrum için, sırasıyla, (A) ve (b) ürünü, substrat ve entegre karşı gelen bir zirve tespit (tepe alanı belirlemek). Zirveleri integraller (denklem 2 bkz M (A, B) (t)) mıknatıslanma zamanı ders sinyallerini veriyor. </li><li> Denkleminin çözümünü (2) kullanarak, K = (RA + K eff değerini belirlemek ) Adım 10.1 entegre substrat sinyalinin basit üstel uyum gelen. </li><li> Değeri F = (R A + k eff kullanma ) Aşama 10.2 belirlenen, denklem entegre ederek elde edilen fonksiyonu ile ürün sinyal M B (t) bir uyum K eff ve Rb belirlenmesi (2). (Temsilcisi sonuçları bölümüne Enzymat bakınReaksiyon modelleme, montaj ve rf düzeltme ile ilgili ayrıntılar için ic faaliyet ve metabolik ölçümler). </li></ol>

<ol>
	<li>Overhauser, A. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Polarization+of+Nuclei+in+Metals.">Polarization of Nuclei in Metals.</a> Phys. Rev. 92 (2), 411-415 (1953).</li><li>Abragam, A., Goldman, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Principles+of+dynamic+nuclear+polarisation.">Principles of dynamic nuclear polarisation.</a> Rep. Prog. Phys. 41 (3), 395 (1978).</li><li>Wolber, J., Ellner, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Generating+highly+polarized+nuclear+spins+in+solution+using+dynamic+nuclear+polarization.">Generating highly polarized nuclear spins in solution using dynamic nuclear polarization.</a> Nuc. Inst. Met. Phys. Res. Sec. A. 526 (1-2), 173-181 (2004).</li><li>Cheng, T., Capozzi, A., Takado, Y., Balzan, R., Comment, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Over+35%+liquid-state+13C+polarization+obtained+via+dissolution+dynamic+nuclear+polarization+at+7+T+and+1+K+using+ubiquitous+nitroxyl+radicals.">Over 35% liquid-state 13C polarization obtained via dissolution dynamic nuclear polarization at 7 T and 1 K using ubiquitous nitroxyl radicals.</a> PCCP. 15 (48), 20819-20822 (2013).</li><li>Ardenkjaer-Larsen, J. H., Fridlund, B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Increase+in+signal-to-noise+ratio+of+&gt;+10,000+times+in+liquid-state+NMR.">Increase in signal-to-noise ratio of &gt; 10,000 times in liquid-state NMR.</a> PNAS. 100 (18), 10158-10163 (2003).</li><li>Day, S. E., Kettunen, M. I., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Detecting+tumor+response+to+treatment+using+hyperpolarized+13C+magnetic+resonance+imaging+and+spectroscopy.">Detecting tumor response to treatment using hyperpolarized 13C magnetic resonance imaging and spectroscopy.</a> Nat. Med. 13 (11), 1382-1387 (2007).</li><li>Keshari, K. R., Wilson, D. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hyperpolarized+[2-13C]-Fructose:+A+Hemiketal+DNP+Substrate+for+In+Vivo+Metabolic+Imaging.">Hyperpolarized [2-13C]-Fructose: A Hemiketal DNP Substrate for In Vivo Metabolic Imaging.</a> JACS. 131 (48), 17591-17596 (2009).</li><li>Zeng, H., Lee, Y., Hilty, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Quantitative+Rate+Determination+by+Dynamic+Nuclear+Polarization+Enhanced+NMR+of+a+Diels&#8722;Alder+Reaction.">Quantitative Rate Determination by Dynamic Nuclear Polarization Enhanced NMR of a Diels&#8722;Alder Reaction.</a> An. Chem. 82 (21), 8897-8902 (2010).</li><li>Harrison, C., Yang, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Comparison+of+kinetic+models+for+analysis+of+pyruvate-to-lactate+exchange+by+hyperpolarized+13C+NMR.">Comparison of kinetic models for analysis of pyruvate-to-lactate exchange by hyperpolarized 13C NMR.</a> NMR in Biom. 25 (11), 1286-1294 (2012).</li><li>Allouche-Arnon, H., Gamliel, A., Sosna, J., Gomori, J. M., Katz-Brull, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=In+vitro+visualization+of+betaine+aldehyde+synthesis+and+oxidation+using+hyperpolarized+magnetic+resonance+spectroscopy.">In vitro visualization of betaine aldehyde synthesis and oxidation using hyperpolarized magnetic resonance spectroscopy.</a> Chem. Comm. 49 (63), 7076-7078 (2013).</li><li>Lerche, M. H., Meier, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Quantitative+dynamic+nuclear+polarization-NMR+on+blood+plasma+for+assays+of+drug+metabolism.">Quantitative dynamic nuclear polarization-NMR on blood plasma for assays of drug metabolism.</a> NMR in Biom. 24 (1), 96-103 (2011).</li><li>Nelson, S. J., Kurhanewicz, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Metabolic+Imaging+of+Patients+with+Prostate+Cancer+Using+Hyperpolarized+[1-13C]Pyruvate.">Metabolic Imaging of Patients with Prostate Cancer Using Hyperpolarized [1-13C]Pyruvate.</a> Sci. Trans. Med. 5 (198), 198ra108 (2013).</li><li>Kurhanewicz, J., Vigneron, D. B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Analysis+of+Cancer+Metabolism+by+Imaging+Hyperpolarized+Nuclei:+Prospects+for+Translation+to+Clinical+Research.">Analysis of Cancer Metabolism by Imaging Hyperpolarized Nuclei: Prospects for Translation to Clinical Research.</a> Neoplasia. 13 (2), 81-97 (2011).</li><li>Comment, A., Merritt, M. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hyperpolarized+Magnetic+Resonance+as+a+Sensitive+Detector+of+Metabolic+Function.">Hyperpolarized Magnetic Resonance as a Sensitive Detector of Metabolic Function.</a> Biochem. 53 (47), 7333-7357 (2014).</li><li>Carravetta, M., Johannessen, O. G., Levitt, M. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Beyond+the+T-1+limit:+Singlet+nuclear+spin+states+in+low+magnetic+fields.">Beyond the T-1 limit: Singlet nuclear spin states in low magnetic fields.</a> PRL. 92 (15), 153003 (2004).</li><li>Carravetta, M., Levitt, M. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Theory+of+long-lived+nuclear+spin+states+in+solution+nuclear+magnetic+resonance.+I.+Singlet+states+in+low+magnetic+field.">Theory of long-lived nuclear spin states in solution nuclear magnetic resonance. I. Singlet states in low magnetic field.</a> J. Chem. Phys. 122 (21), 214505 (2005).</li><li>Vasos, P. R., Comment, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Long-lived+states+to+sustain+hyperpolarized+magnetization.">Long-lived states to sustain hyperpolarized magnetization.</a> PNAS. 106 (44), 18469-18473 (2009).</li><li>Claytor, K., Theis, T., Feng, Y., Warren, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Measuring+long-lived+13C2+state+lifetimes+at+natural+abundance.">Measuring long-lived 13C2 state lifetimes at natural abundance.</a> JMR. 239, 81-86 (2014).</li><li>Pileio, G., Carravetta, M., Hughes, E., Levitt, M. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+long-lived+nuclear+singlet+state+of+N-15-nitrous+oxide+in+solution.">The long-lived nuclear singlet state of N-15-nitrous oxide in solution.</a> JACS. 130 (38), 12582-12583 (2008).</li><li>Stevanato, G., Hill-Cousins, J. T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+Nuclear+Singlet+Lifetime+of+More+than+One+Hour+in+Room-Temperature+Solution.">A Nuclear Singlet Lifetime of More than One Hour in Room-Temperature Solution.</a> Ange. Chem. Int. Ed. 54 (12), 3740-3743 (2015).</li><li>Ghosh, R. K., Kadlecek, S. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Measurements+of+the+Persistent+Singlet+State+of+N(2)O+in+Blood+and+Other+Solvents-Potential+as+a+Magnetic+Tracer.">Measurements of the Persistent Singlet State of N(2)O in Blood and Other Solvents-Potential as a Magnetic Tracer.</a> MRM. 66 (4), 1177-1180 (2011).</li><li>Harris, T., Eliyahu, G., Frydman, L., Degani, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Kinetics+of+hyperpolarized+13C1-pyruvate+transport+and+metabolism+in+living+human+breast+cancer+cells.">Kinetics of hyperpolarized 13C1-pyruvate transport and metabolism in living human breast cancer cells.</a> PNAS. 106 (43), 18131-18136 (2009).</li><li>Comment, A., van den Brandt, B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Design+and+performance+of+a+DNP+prepolarizer+coupled+to+a+rodent+MRI+scanner.">Design and performance of a DNP prepolarizer coupled to a rodent MRI scanner.</a> Conc. Mag. Res. B. 31 (4), 255-269 (2007).</li><li>Balzan, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Methods for Molecular Magnetic Resonance Imaging and Magnetic Resonance Spectroscopy using Hyperpolarized Nuclei. 5966, 1-140 (2013).</li><li>Bornet, A., Melzi, R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Boosting+Dissolution+Dynamic+Nuclear+Polarization+by+Cross+Polarization.">Boosting Dissolution Dynamic Nuclear Polarization by Cross Polarization.</a> JPC Letters. 4 (1), 111-114 (2013).</li><li>Bowen, S., Hilty, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Rapid+sample+injection+for+hyperpolarized+NMR+spectroscopy.">Rapid sample injection for hyperpolarized NMR spectroscopy.</a> PCCP. 12 (22), 5766-5770 (2010).</li><li>Cavadini, S., Vasos, P. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Singlet+states+open+the+way+to+longer+time-scales+in+the+measurement+of+diffusion+by+NMR+spectroscopy.">Singlet states open the way to longer time-scales in the measurement of diffusion by NMR spectroscopy.</a> Conc. Mag. Res. A. 32 (1), 68-78 (2008).</li><li>Ahuja, P., Sarkar, R., Vasos, P. R., Bodenhausen, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Long-lived+States+in+Multiple-Spin+Systems.">Long-lived States in Multiple-Spin Systems.</a> Chem. Phys. Chem. 10 (13), 2217-2220 (2009).</li><li>Ahuja, P., Sarkar, R., Jannin, S., Vasos, P. R., Bodenhausen, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Proton+hyperpolarisation+preserved+in+long-lived+states.">Proton hyperpolarisation preserved in long-lived states.</a> Chem. Comm. 46 (43), 8192-8194 (2010).</li><li>Sarkar, R., Comment, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Proton+NMR+of+15N-Choline+Metabolites+Enhanced+by+Dynamic+Nuclear+Polarization.">Proton NMR of 15N-Choline Metabolites Enhanced by Dynamic Nuclear Polarization.</a> JACS. 131 (44), 16014-16015 (2009).</li></ol>

Yazarlar herhangi bir mali çıkarları rakip olduğunu beyan

erime DNP NMR deneyinde kritik noktalar şunlardır: deneyler için gerekli olan en düşük ürün konsantrasyonu olarak gerçekleştirilir ve (ii) yaşam süreleri sinyalinin satın alma sayısını belirler: (i) alt-tabaka için elde polarizasyon seviyesi, manyetizasyon, kutuplaşma ve algılama siteleri arasında ve yüzey dönüşüm oranına transfer süresine göre. Burada tarif edilen çözünme DNP kurulum enjeksiyon sistemi kadar az 3-4 olarak sn numune transferi için izin verir. Transferi S. Bowen ve C. Hilt...

Dinamik nükleer polarizasyon (DNP), 1,2 yani nükleer spin polarizasyon, &#39;yukarı&#39; ve &#39;aşağı&#39; Spin popülasyonları (p = arasındaki dengesizliği geliştirmek için tasarlanmış bir tekniktir [N ↑ - N ↓] / [N ↑ + N ↓]), ilk 1950 yılında tanıtıldı. Örneğin 13 ° C olarak nükleer spin tipik haliyle 1 K civarında bir ısıda ve biyolojik uygulamalarda bir atılım geldi 3.357 bir manyetik alan T. 3,4, uygun koşullarda, P = 10 -1 kadar polarize edilebilir bir faktör. düşük sıcaklıkta elde edilen yüksek nükleer polarizasyon seviyesini korurken süper ısıtılmış su içinde dondurulmuş polarize örnekleri çözündürülmesinden ibarettir erime DNP gelişimi 2000 erken 5 sıvı hal NMR sinyal geliştirilmiştir 10 3 -10 4 ile karşılaştırıldığında ortakRT NMR koşulları termal olarak polarize. Fesih DNP bu nedenle 1 sn veya daha az bir zamansal çözünürlüğe sahip NMR ile izleme dinamikleri izin gerçek zamanlı olarak yerinde non-invaziv önlem biyokimyasal reaksiyon oranları için bir yol sağlar 6 -. 10 O da çok düşük konsantrasyonlarda analitlerin tespit etmek mümkün olmuştur 11. non-invaziv moleküler görüntüleme yöntemlerinin arasında, hiperpolarize NMR aynı anda bir substrat ve gerçek zamanlı metabolik ürünlerini ölçmek sağlar tek tekniktir. Dağılma DNP metabolizması yerinde izlenmesi ile ilgili klinik MRG 12 ve en umut verici uygulamalara in vitro NMR arasında değişen çeşitli bilimsel alanlarda coşku ile karşılandı. 13,14 çözünme DNP ana sınırlama olduğunu, bu konuda bir süre sonra beş kez uzunlamasına gevşeme zamanı sabiti T 1 sırası, kutup gelişmişleştirilmesi kaybolur. Nispeten uzun bir T 1 sergileyen, nükleer spin taşıyan moleküller kullanımı gereklidir. Polarizasyon geliştirme zamana yayılma uzatmak için, uzun ömürlü devletler (LLS) olarak bilinen nükleer spin durumları, yavaş yavaş-rahatlatıcı, kullanılabilir 15 -. 17 LLS onların böylece, içi çift dipol-dipol etkileşimi duyarsız T LLS karakteristik gevşeme süresidir sabit. T 1 çok daha uzun dakika onlarca bir mıknatıslanma süresi 18 olabilir ve 1 saat kadar, bu nedenle elde edilebilir, 19,20 ve LLS manyetik rezonans spektroskopi hem de önerilmiştir (MRS) ve MR. 21 dikkatle hiperpolarize NMR ile enzimatik reaksiyon oranlarını incelemek için optimize edilmesi gereken başlıca noktalar şunlardır: (i) katı hal polarizasyon maksimize etmek ve (ii) den hyperpolarized çözümün transferi sırasında polarizasyon kaybını en aza indirmekNMR spektrometresi ile polarize. Bu makale enzimatik reaksiyonları incelemek için ısmarlama bir çözünme DNP cihaz ve enjeksiyon sisteminin adaptasyonu anlatır. Özellikleri ve kurulum performansı iyi bilinen ve yaygın olarak kullanılan hyperpolarized substrat [1- 13 C] pirüvat ile gösterilecektir. İkinci, birkaç dakika boyunca izleme reaksiyonları izin verir, ve onun merkezi rolü, bu seçim için başlıca nedenleri, ilk olarak, doğal olarak uzun 13C boyuna relaksasyon zamanı vardır (yüksek manyetik alanlar ve 293 K üzerindeki sıcaklıklarda T 1&gt; 50 sn) çözünme DNP NMR ve geliştirilmiş özel bir enjeksiyon sistemi, laktat dehidrogenaz (LDH) tarafından katalize piruvat oksidasyonunu kullanarak kanser metabolizması. 13,14 etiketsiz laktat 9,22 bir başlangıç ​​havuzu ya da eklenen herhangi bir etiketsiz laktat ile varlığında izlenebilir burada görüldüğü gibi. [1- 13C] laktat sinyal vi ölçülen gösterilmiştirhiperpolarize [1- 13C] piruvat enjeksiyonunun ardından (hücreler de dahil olmak üzere), VO bağlı pirüvat ve laktat arasındaki yerine laktat üretimine hızlı etiket değişimi esas olarak. 6 Biz burada LDH içeren bir NMR tüpü ama başlangıçta hiçbir laktat enjekte hiperpolarize [1- 13 C] piruvat gelen [1- 13 C] laktat gerçek zamanlı üretim sunuyoruz. Sistem açıklaması DNP polarize ve NMR spektrometresi: Bir çözünme DNP kurulumunda iki ana bölümden (Şekil 1) vardır. DNP polarize ana unsuru bir pompalanan helyum banyosunda yaklaşık 1 K numunenin soğutma Kriyostaz olduğunu. Kriyostat bir 3.35 T süper iletken mıknatıs yerleştirilmiş ve mıknatıs (Şekil 1) İzomerkez de polarize örnek olması için garanti bir geometriye sahiptir. kriyostat içinde, örnek, (a) bir polarizasyon B ölçmek için bir NMR bobini (B) ile çevrilidiruildup bir overmoded bir mikrodalga kavite (C) &#39;de ihtiva etmiştir. Bütün numune pompalanır helyum banyosuna (d) &#39;de, düşük sıcaklıkta tutulur ve dalga kılavuzu boyunca mikrodalgalar ile ışınlanır. Tüm sistem ısmarlama yazılımlar (Şekil 2B) tarafından yönetilmektedir. Donanım ve DNP gerçekleştirmek için gerekli kriyojenik ekipman ve sonraki çözünme hala teknolojik meydan okumadır. Yeni bir DNP kriyostat 23,24 geliştirilen ve kriyojenik performanslarını belirlemek için test ve ardından operasyon sırasında hızlı soğuma, helyum tutma zamanı ve genel asgari helyum tüketimi için optimize edilmiştir. kriyostat iki bölümden oluşmaktadır. Kriyostat ilk bölümü kuyruğu ya da örnek alanı (B) ve dış vakum odası (ovc), yüksek vakum ve yuva altında tutuldu: (a) yaklaşık olarak üst kısmında ayrılabilir yalıtım Dewar (Şekil 2A) olduğu radyasyon ekranlar (c). kriyostat ikinci bölümünde ana olduğunuSert (Şekil 2B), tüm içten akma düzenlemeleri yönetilir yalıtım dewar içine yerleştirilir. Transfer hattı (a) &#39;dan harici depolama Dewar gelen sıvı helyum, (b) ayırıcı içinde kondense birinci aşamasında, bir ara bölme kriyostat soğuk üst kısmı tutmak için ve buharlaştırılmıştır helyum çıkarmak için de kullanılmıştır nakil sırasında kullanılabilirler. Ayırıcı basıncı kriyostat üst kısmı etrafında sarılmış bir kılcal (c) ile pompalayarak indirilir; Bu kılcal soğuk helyum akış yalıtım Dewar (OVC) bölmeleri (d) ve radyasyon ekranları soğumasını kullanılır. Numune örnek uzayında yerleştirilir ve polarize edilir. Örnek alanı temel kriyostat ucun kuyruk sarılı bir kılcal (e) &#39;ayırıcı, bağlanır. Bu kılcal elle dışarıdan çalıştırılan bir iğne valf aracılığıyla açılabilir veya kapatılabilir. DNP pr sırasında kullanılan düşük sıcaklık elde etmek içinkapsayabilecektir, sıvı helyum kriyostat örnek uzayında toplanan gerekmektedir ve basınç mbar aralığında indirdi. Kriyostat çalışması için gerekli işlemler pompa, izlenmesi ve elektronik ve elektro-mekanik araçların (Şekil 2C) ile farklı noktalarda işletilen üç setleri ile oldukça karmaşık bir pompalama sistemi ile yapılmaktadır. Kriyostat ovc birinci pompalama sistemi ile yüksek vakum pompalanması gerekmektedir. Bu sistem, bir döner pompa (a) ile desteklenen bir turbo-moleküler pompa oluşmaktadır. sıvı helyum Kriyostat ayırıcı kriyostat transfer hattı girişi boyunca depolama Dewar (b) aktarılır. Ayırıcı ikinci pompalama grubu bağlı bir çıkış bulunur. Bu set, bir 35 m3 / saat membran pompası (c) oluşmaktadır. Bu hat Dewar gelen ve ayırıcı soğutma sırasında transferi sırasında haşlanmış helyum gazı çıkarmadan sağlar. ayırıcı toplanan sıvı helyum daha sonra kap ile örnek uzay aktarılabilirIllary borular, yukarıda tarif edilen. 65 m 3 / saat döner pompa (d) tarafından desteklenen pompa aralığı, 250 m 3 / saat Roots oluşan üçüncü bir pompalama sistemi mbar örnek alan ve daha sonra alt örneklem uzayı basıncına ayırıcıdan gelen sıvı helyum aktarmak için manuel kelebek vana (e) &#39;kriyostat bağlanır. Tüm vakum sistemi operasyonları kontrol ve bir elektro ısmarlama bir cihazın (f) tarafından düzenlenir. Bu cihaz, kriyostat ayırıcı (g) ve örnek alanı (h) çıkışları, ikinci / üçüncü pompa sistemleri (c, d), sıkıştırılmış bir helyum tankları (I) &#39;e ve dış arasındaki vakum hattı bağlantıları kontrol eder. (F) ve dış arasındaki iletişim, tek yönlü bir valf (j) geçer. elektro-pnömatik cihaz (f) yanı sıra tüm sistem parametreleri ve çözünme donanım ortak PC ile ısmarlama elektronik cihaz arayüz USB ile kontrol edilmekte ve işletilmektedir. Elektronik aracılığıyla nihayet bütün sistemi,Cihaz, ilgili işlemleri yazılım düğmelerini kullanarak bir arayüz üzerinden başlatılan ısmarlama bağımsız yazılım (Şekil 2B) tarafından yönetilmektedir. Örnek yönetmek ve ekler bir dizi kullanılır katı hal (Şekil 3A) NMR sinyali birikmesini ölçmek için. polarizasyon Kriyostat hazırlamak için kriyostat içine ana numune insert (a) yerleştirin. Ana Örnek insert bir overmoded altın kaplamalı mikrodalga boşluğunun içine yerleştirilmiş bir NMR bobini (B) temin edilmektedir. Ön dondurma çözeltisi içeren substrat uygun bir örnek kapta sıvı azot sıcaklığında (polarize çözüm) polarize ve fiberglas numune tutucu (c) uç alt kısmına yerleştirin edilecek. mıknatıs İzomerkez ulaşmak için ana numune içine doğru numune tutucu kaydırın. Numune tutucu altın kaplama dalga kılavuzu (d) takın. dalga kılavuzu harici mikrodalga kaynağından üretilen mikrodalga asgari kayıpları t yolculuk yapmasına olanak veriyorörnek o. Kriyostat yönetimi için ısmarlama yazılım, farklı işlemler bekleme süresi gibi, (kriyostat sıcaklığı sıvı helyum sıcaklığına yakın indirilir) kriyostat önceden belirlenmiş bir düzeye sıvı helyum ile doldurulur (dolum tekabül eden arayüz butonuna tıklayarak üzerine, otomatik olarak kolları ), (sıvı helyum banyosu mümkün olan en düşük sıcaklık elde etmek için pompalanır) T ≈ 1 K basınçlandırma soğutma ek bir adım (kriyostat 10-30 mbar riskleri olmaksızın kriyostat açılmasına izin verecek = P oda basıncının biraz üzerinde basınç uygulanır hava ile kriyostat kontaminasyon) ve çözünme (DNP örnek çözülür ve ölçüm sitesi, yani NMR spektrometre) elde edilen hyperpolarized çözüm aktarmak için otomatik prosedür. Polarizasyon polarize alan B 0 (94 GHz mikrodalga ile örnek ışınlanması yapılır </sub&gt; = 3.35 T). Bir örnek tamamen T DNP polarizasyon birikimi zamanıdır. T DNP belirli bir alanda ve sıcaklığında katı halde hedef çekirdeklerin boyuna relaksasyon zamanı aynı büyüklük düzenin 3 T DNP, sonra polarize sayılır. Tüm deneylerde numune fazla 5 T DNP için polarize edilmiştir. polarizasyon süresi sonunda, örnek enzimatik aktivite ölçümü için kullanılmak üzere bir RT çözeltisi içinde çözülmüş olması gerekir. Çözünme işlemi sırasında, çözünme insert (Şekil 3B) kazandan kızgın D 2 O 5 ml DNP geliştirilmiş örnek ulaşmak ve bunu eritmek için sıkıştırılmış helyum gazı (p = 6-8 bar) tarafından itilir. Elde edilen hyperpolarized çözüm çözünme eklemek çıkış ağzından, sıkıştırılmış helyum gazı ile çözünme ekleme dışarı itilir (Şekil 3C-b </strong&gt;), 2 mm iç çapı teflon transferi tüp. Çözünme süreci için gereken zaman. NMR spektrometre sitesine DNP polarize örnek transferi için gereken zaman 23 300 msn yaklaşık 3 sn. Çözünme süreci erime elemanını (Şekil 3B) kullanılarak gerçekleştirilir. çözünme insert bir elektronik-pnömatik montaj oluşur: (a), numune ile sızdırmaz bağlantıyı sağlayan pnömatik montaj kazan ve numune kabı soyunma (c) arasındaki bağlantı tüpleri içeren bir karbon fiber çubuk (b) konteyner ve geri prize dışarı. Elektro-pnömatik düzeneği (Şekil 3C) üretimi ve örnek kabına karbon fiber çubuk boyunca ısıtılmış D 2 O sürücü ve kriyostat gelen hiperpolarize çözeltinin özümlenmesi için kullanılır. elektro-pnömatik montaj co arasındaki bağlantıları kontrol pnömatik valfler (a) oluşmaktadırmpressed helyum (p = 6-8 bar) hattı (B), karbon fiber çubuk yoluyla D 2 O vana (d) &#39;enjekte edilir ısıtıcısı (c) ve çıkış (e) (f)&#39;. Sistem bir basınç G, bir termometre ve ısıtıcısı (c) &#39;de bir ısıtma direnç teli, bir tetikleyici (h) ve bir bağlantı kutusu (I)&#39; in elektronik yönetim cihazı ile, sistem arayüzü için kullanılan ile tamamlanmaktadır. DNP kriyostat ve NMR spektrometresi, bir transfer hattı, yani erime tetiklenir hiperpolarize çözelti, baskı altına alınan helyum ile itilir içindeki 2 mm, iç çapı (p = 6-8 bar) bir PTFE tüp ile bağlanmıştır. Çözünme sekansı aşağıdaki işlemlerden oluşmaktadır: ilk 300 msn&#39;de, süper ısıtılmış D 2 O hiperpolarize dondurulmuş çözelti eritilmesi ve eritmek için numune kabına doğru itilir. Daha sonra, hyperpolarized çözüm pres ortalamasından ile kriyostat elde edilirsurized (p = 6-8 bar) enjeksiyonu Aşama anlatılan prosedürlerin biri ile yapılır ölçüm sitesine helyum gazı ve 2 mm iç çap PTFE borusu içinden itilir (Şekil 3C-E) 6.2.1 veya 6.2 Adım 0,2. çözünme DNP NMR kurulum ikinci bileşeni NMR spektrometre olduğunu. Burada tarif edilen kurulumunda, NMR spektrometresi alan B 0 = 11.7 Tesla çalışır. 5 mm&#39;lik NMR prob çözünmesinden sonra hiperpolarize sinyalini ölçmek için kullanılır. NMR spektrometre solid-state ve sıvı-devlet hem de NMR ölçümleri için kullanılan, NMR konsolu aracılığıyla işletilen ve firma tarafından sağlanan yazılım XWINNMR edilmektedir. Tipik bir ölçüm düşük çevirme açısı sert darbe oluşan sinyal satın almalar takip (ya liquidstate veya un kalibre solid-state ölçümleri için, için, kalibre). katı hal termal polarizasyon sinyali ve DNP türevi si ölçümlerignal birikmesi NMR spektrometresi bağlanmış DNP polarize (Şekil 3Ab) yerinde ölçüye 13C bobini kullanılarak gerçekleştirilir. Bu özel durumda NMR spektrometre sinyal kilitleme yapmaz. Solid-state ölçümleri yapılırken, polarizasyon önemli tedirginlikler önlemek için, satın almalar arasındaki zaman gecikmesi kabaca uzun 0.5 T DNP daha uzun yeterli olmalıdır. solid-state geliştirme olarak tanımlanmaktadır <img alt="Equation4" src="/files/ftp_upload/53548/53548equation4.jpg" width="100" /> nerede <img alt="Equation5" src="/files/ftp_upload/53548/53548equation5.jpg" width="31" /> hyperpolarized sinyali (Aşama 3.3&#39;de elde edilmiş) ve <img alt="Equation6" src="/files/ftp_upload/53548/53548equation6.jpg" width="23" /> (Kademe 3.2 pompalanan sıvı helyum sıcaklıkta, dengede elde edilmiş), katı durum sinyali (Şekil 4A) &#39;dir. Bu parametre dhyperpolarized çözümün transferi sırasında kaçınılmaz kayıplar öncesinde NMR deneyleri için kullanılabilir maksimum kutuplaşmayı, efines. Ölçüm un kalibre düşük çevirme açısı darbe kullanarak basit bir darbe acquire dizisi ile yapılır. Darbe kalibrasyonu yaygın katı hal ölçümler için atlanır. Benzer bir usul, sıvı halde hiperpolarize sinyal artışı belirlemek için kullanılabilir. Bu durumda, enjeksiyondan önce spektrometresi tüpüne yerleştirilmiştir örneği (Aşama 6.2), D 2 O 500 ul oluşmaktadır çözünme ve enjeksiyondan sonra izlemek için iki önemli parametre vardır. İlk, NMR spektrometresi yerinde hyperpolarized geliştirmesidir <img alt="Equation7" src="/files/ftp_upload/53548/53548equation7.jpg" width="95" /> (Şekil 4B), <img alt="Equation8" src="/files/ftp_upload/53548/53548equation8.jpg" width="30" /> Sinyal sadece hiper enjeksiyonundan sonra ise<html> (Adım 7.1 elde edilen) polarize çözüm ve <img alt="Equation9" src="/files/ftp_upload/53548/53548equation9.jpg" width="20" /> Termal polarizasyon sinyali (Adım 7.2 elde edilen) &#39;dir. İkinci alt-tabaka ve (Kademe 7.1 &#39;de elde edilen üstel bağlantı sinyalleri ile elde edilir), her metabolik bir ürünü ile bağlantılı boyuna gevşeme süresi, T 1 (Şekil 4B, ek) vardır. Bu iki parametre, yeterli bir sinyal-gürültü oranı (SNR), ve metabolik dönüşümler ölçülmesi için uygun bir zaman penceresini elde etmek için gerekli en az alt-tabaka konsantrasyonu tanımlamaktadır. solid-state kutuplaşma arasındaki oran <img alt="Equation10" src="/files/ftp_upload/53548/53548equation10.jpg" width="30" /> ve liquidstate kutuplaşma <img alt="Equation11" src="/files/ftp_upload/53548/53548equation11.jpg" width="29" /> hyperpolarized çözüm transferi sırasında nedeniyle gevşeme polarizasyon zararların tahminini verir. Bir değeration12 &quot;src =&quot; / files / ftp_upload / 53548 / 53548equation12.jpg &quot;width =&quot; 80 &quot;/&gt; gevşeme kayıpları yokluğunda dikkat edilmelidir.

<table><tbody><tr><td>DNP polarizer</td><td>Vanderklink s.a.r.l (Switzerland)</td><td>///</td><td>Cryostat and electronic equipment for sample polarization</td></tr><tr><td>Vacuum system components</td><td>Edwards vacuum (France)</td><td>Various</td><td> &lt;p&gt;- turbomolecular pumping setup&lt;/p&gt; &lt;p&gt;- membrane pumping setup&lt;/p&gt; &lt;p&gt;- high capacity roots pumping system&lt;/p&gt; &lt;p&gt;- vacuum fittings and components&lt;/p&gt; </td></tr><tr><td>DNP 3.35T Magnet</td><td>Bruker (France)</td><td></td><td></td></tr><tr><td>500 MHz NMR Spectrometer</td><td>Bruker (France)</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Origin 8.0</td><td>OriginLab (US)</td><td></td><td>Data analysis software</td></tr><tr><td>&lt;strong&gt;Chemicals&lt;/strong&gt;</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>SODIUM PYRUVATE-1-13C, 99 ATOM % 13C</td><td>Sigma Aldrich (France)</td><td>490709</td><td></td></tr><tr><td>ETHANOL-D6, ANHYDROUS, 99.5 ATOM % D</td><td>Sigma Aldrich (France)</td><td>186414</td><td></td></tr><tr><td>&amp;nbsp;4-Hydroxy-TEMPO 97%</td><td>Sigma Aldrich (France)</td><td>176141</td><td></td></tr><tr><td>Deuterium oxide</td><td>Sigma Aldrich (France)</td><td>151882</td><td></td></tr><tr><td>reduced nicotinamide adenine dinucleotide (NADH)</td><td>Sigma Aldrich (France)</td><td></td><td></td></tr><tr><td>ethylene-diaminetetraacetic acid (EDTA)</td><td>Sigma Aldrich (France)</td><td></td><td></td></tr><tr><td>dithiothreitol (DTT)</td><td>Sigma Aldrich (France)</td><td></td><td></td></tr><tr><td>phosphate buffer, pH&amp;nbsp;=&amp;nbsp;7.0</td><td>Sigma Aldrich (France)</td><td></td><td></td></tr><tr><td>LDH enzyme in&amp;nbsp;</td><td>Sigma Aldrich (France)</td><td>L-2500</td><td></td></tr><tr><td>bovine serum albumin, BSA</td><td>Sigma Aldrich (France)</td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

dissolution dynamic nuclear polarization instrumentation for real-time enzymatic reaction rate measurements by nmr

NMR tabanlı araştırmaların ana sınırlama düşük hassasiyettir. Bu nedenle metabolik dönüşümlerin gerçek zamanlı NMR ölçümleri önlenmesi, uzun satın alma süreleri için ister. çözünme DNP aracılığıyla hiperpolarizasyon duyarlılığı parçası elektron-to-çekirdeğe dönüş polarizasyon transferi kaynaklanan büyük out-of-denge nükleer manyetizasyon sayesinde sorunları circumvents. elde edilen yüksek NMR sinyali, gerçek zamanlı olarak kimyasal reaksiyonların izlenmesi için de kullanılabilir. Hiperpolarize NMR olumsuz ilişkili gevşeme zamanı sabiti sipariş üzerine olumlu durumlarda, nükleer spin uzunlamasına gevşeme zamanı sabiti, T 1, ya da sipariş üzerine genellikle sinyal alımı için mevcut olan sınırlı zaman penceresi içinde bulunduğu birleştiğinde çekirdeklerin tekli-devlet, T LLS. endojen moleküller ve metabolik oranları hücresel alımı tümör gelişiminde ve ilaç cevabına gerekli bilgi sağlayabilir. Nuyanında bir çok önceki hiperpolarize NMR çalışmaları, in vivo enzimatik aktivitesini izlemek için bir metabolik alt-tabaka olarak piruvat alaka göstermiştir. Bu çalışma, özellikle hyperpolarized NMR laktat dehidrogenaz (LDH) varlığında piruvat-to-laktat dönüşüm oranı, enzimatik reaksiyonların çalışması için gerekli olan deney düzeneği ve yöntemleri ayrıntılı bir açıklama sağlar.

çözünme DNP kullanarak NMR sinyali kazançlar DNP etkisi numunenin mikrodalga ışıması altında, genellikle istikrarlı radikal moleküller, NMR aktif çekirdeklere eşleşmemiş elektron spin yüksek kutuplaşma transferi oluşur. En sık kullanılan serbest radikallerin TAM (OXO63) ve TEMPOL vardır. 4 Polarizasyon prosedürleri TEMPOL kullanarak &#39;çapraz polarizasyon&#39; ile optimize edilebilir. 25 <p class="jove_content" fo:keep-together.wi...

Watch this Scientific Journal Video about Dissolution Dynamic Nuclear Polarization Instrumentation for Real-time Enzymatic Reaction Rate Measurements by NMR at JoVE.com

Dissolution Dynamic Nuclear Polarization Instrumentation for Real-time Enzymatic Reaction Rate Measurements by NMR

The sensitivity enhancement provided by dissolution dynamic nuclear polarization (DNP) enables following metabolic processes in real time by NMR and MRI. The characteristics and performances of a dedicated dissolution DNP setup designed for study enzymatic reactions are discussed.

NMR ile Gerçek zamanlı enzimatik Reaksiyon Hızı Ölçümleri için çözünme Dinamik Nükleer Polarizasyon Aletler

The main limitation of NMR-based investigations is low sensitivity. This prompts for long acquisition times, thus preventing real-time NMR measurements of ...

dissolution-dynamic-nuclear-polarization-instrumentation-for-real

Research

Education

JoVE Core

JoVE Journal

Analytical Chemistry

Chemistry

Unit 1

Chemical Equilibria

SCIENTISTS IN ACTION

10.6K Görüntüleme.  Université Paris Descartes. The sensitivity enhancement provided by dissolution dynamic nuclear polarization (DNP) enables following metabolic processes in real time by NMR and MRI. The characteristics and performances of a dedicated dissolution DNP setup designed for study enzymatic reactions are discussed.

Video: Dissolution Dynamic Nuclear Polarization Instrumentation for Real-time Enzymatic Reaction Rate Measurements by NMR

Hyperpolarized 13C Metabolic Magnetic Resonance Spectroscopy and Imaging

In the past decades, new methods for tumor staging, restaging, treatment response monitoring, and recurrence detection of a variety of cancers have emerged in conjunction with the state-of-the-art positron emission tomography with 18F-fluorodeoxyglucose ([18F]-FDG PET). 13C magnetic resonance spectroscopic imaging (13CMRSI) is a minimally invasive imaging method that enables the monitoring of metabolism in vivo and in real time. As with any other method based on 13C nuclear magnetic resonance (NMR), it faces the challenge of low thermal polarization and a subsequent low signal-to-noise ratio due to the relatively low gyromagnetic ratio of 13C and its low natural abundance in biological samples. By overcoming these limitations, dynamic nuclear polarization (DNP) with subsequent sample dissolution has recently enabled commonly used NMR and magnetic resonance imaging (MRI) systems to measure, study, and image key metabolic pathways in various biological systems. A particularly interesting and promising molecule used in 13CMRSI is [1-13C]pyruvate, which, in the last ten years, has been widely used for in vitro, preclinical, and, more recently, clinical studies to investigate the cellular energy metabolism in cancer and other diseases. In this article, we outline the technique of dissolution DNP using a 3.35 T preclinical DNP hyperpolarizer and demonstrate its usage in in vitro studies. A similar protocol for hyperpolarization may be applied for the most part in in vivo studies as well. To do so, we used lactate dehydrogenase (LDH) and catalyzed the metabolic reaction of [1-13C]pyruvate to [1-13C]lactate in a prostate carcinoma cell line, PC3, in vitro using 13CMRSI.

Hyperpolarized 13C Metabolic Magnetic Resonance Spectroscopy and Imaging

Dynamic nuclear polarization with subsequent sample dissolution has enabled real-time studies of metabolism in biological systems. Hyperpolarized [1-13C]pyruvate was used to study lactate dehydrogenase activity in a prostate carcinoma cell line in vitro.

hyperpolarized<sup&gt; 13</sup&gt; C Metabolik Manyetik Rezonans Spektroskopisi ve Görüntüleme

In the past decades, new methods for tumor staging, restaging, treatment response monitoring, and recurrence detection of a variety of cancers have ...

Kanser Araştırmaları

Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy for the Identification of Multiple Phosphorylations of Intrinsically Disordered Proteins

Aggregates of the neuronal Tau protein are found inside neurons of Alzheimer's disease patients. Development of the disease is accompanied by increased, abnormal phosphorylation of Tau. In the course of the molecular investigation of Tau functions and dysfunctions in the disease, nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy is used to identify the multiple phosphorylations of Tau. We present here detailed protocols of recombinant production of Tau in bacteria, with isotopic enrichment for NMR studies. Purification steps that take advantage of Tau's heat stability and high isoelectric point are described. The protocol for in vitro phosphorylation of Tau by recombinant activated ERK2 allows for generating multiple phosphorylations. The protein sample is ready for data acquisition at the issue of these steps. The parameter setup to start recording on the spectrometer is considered next. Finally, the strategy to identify phosphorylation sites of modified Tau, based on NMR data, is explained. The benefit of this methodology compared to other techniques used to identify phosphorylation sites, such as immuno-detection or mass spectrometry (MS), is discussed.

We describe here a method to identify multiple phosphorylations of an intrinsically disordered protein by Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy (NMR), using Tau protein as a case study. Recombinant Tau is isotopically enriched and modified in vitro by a kinase prior to data acquisition and analysis.

Özünde Düzensiz Proteinlerin Çoklu fosforilasyon Saptanma Nükleer Manyetik Rezonans Spektroskopisi

Aggregates of the neuronal Tau protein are found inside neurons of Alzheimer's disease patients. Development of the disease is accompanied by increased, ...

Biyokimya

Use of a Multi-compartment Dynamic Single Enzyme Phantom for Studies of Hyperpolarized Magnetic Resonance Agents

Imaging of hyperpolarized substrates by magnetic resonance shows great clinical promise for assessment of critical biochemical processes in real time. Due to fundamental constraints imposed by the hyperpolarized state, exotic imaging and reconstruction techniques are commonly used. A practical system for characterization of dynamic, multi-spectral imaging methods is critically needed. Such a system must reproducibly recapitulate the relevant chemical dynamics of normal and pathological tissues. The most widely utilized substrate to date is hyperpolarized [1-13C]-pyruvate for assessment of cancer metabolism. We describe an enzyme-based phantom system that mediates the conversion of pyruvate to lactate. The reaction is initiated by injection of the hyperpolarized agent into multiple chambers within the phantom, each of which contains varying concentrations of reagents that control the reaction rate. Multiple compartments are necessary to ensure that imaging sequences faithfully capture the spatial and metabolic heterogeneity of tissue. This system will aid the development and validation of advanced imaging strategies by providing chemical dynamics that are not available from conventional phantoms, as well as control and reproducibility that is not possible in vivo.

A multi-compartment dynamic phantom is used to simulate some biology of interest for metabolic studies using hyperpolarized magnet resonance agents.

Hiperpolarize Manyetik Rezonans Ajanlar Araştırmaları bir Multi-bölmesi Dinamik Tek Enzim Phantom Kullanımı

Imaging of hyperpolarized substrates by magnetic resonance shows great clinical promise for assessment of critical biochemical processes in real time. Due ...

Mühendislik

Preparation of Fungal and Plant Materials for Structural Elucidation Using Dynamic Nuclear Polarization Solid-State NMR

This protocol shows how uniformly 13C, 15N-labeled fungal materials can be produced and how these soft materials should be proceeded for solid-state NMR and sensitivity-enhanced DNP experiments. The sample processing procedure of plant biomass is also detailed. This method allows the measurement of a series of 1D and 2D 13C-13C/15N correlations spectra, which enables high-resolution structural elucidation of complex biomaterials in their native state, with minimal perturbation. The isotope-labeling can be examined by quantifying the intensity in 1D spectra and the polarization transfer efficiency in 2D correlation spectra. The success of dynamic nuclear polarization (DNP) sample preparation can be evaluated by the sensitivity enhancement factor. Further experiments examining the structural aspects of the polysaccharides and proteins will lead to a model of the three-dimensional architecture. These methods can be modified and adapted to investigate a wide range of carbohydrate-rich materials, including the natural cell walls of plants, fungi, algae and bacteria, as well as synthesized or designed carbohydrate polymers and their complex with other molecules.

A protocol for preparing 13C,15N-labeled fungal and plant samples for multidimensional solid-state NMR spectroscopy and dynamic nuclear polarization (DNP) investigations is presented.

Yapısal aydınlatma kullanarak dinamik nükleer polarizasyon Solid-State NMR için bitki malzeme ve mantar hazırlanması

This protocol shows how uniformly 13C, 15N-labeled fungal materials can be produced and how these soft materials should be proceeded for solid-state NMR ...

15N CPMG Relaxation Dispersion for the Investigation of Protein Conformational Dynamics on the &#181;s-ms Timescale

Protein conformational dynamics play fundamental roles in regulation of enzymatic catalysis, ligand binding, allostery, and signaling, which are important biological processes. Understanding how the balance between structure and dynamics governs biological function is a new frontier in modern structural biology and has ignited several technical and methodological developments. Among these, CPMG relaxation dispersion solution NMR methods provide unique, atomic-resolution information on the structure, kinetics, and thermodynamics of protein conformational equilibria occurring on the &#181;s-ms timescale. Here, the study presents detailed protocols for acquisition and analysis of a&#160;15N relaxation dispersion experiment. As an example, the pipeline for the analysis of the &#181;s-ms dynamics in the C-terminal domain of bacteria Enzyme I is shown.

15N CPMG Relaxation Dispersion for the Investigation of Protein Conformational Dynamics on the  &#181;s-ms Timescale

Here, a detailed description of the protocol implemented in the laboratory for acquisition and analysis of 15N relaxation dispersion profiles by solution NMR spectroscopy is provided.

15 μs-ms Zaman Ölçeğinde Protein Konformasyonsal Dinamiklerinin Araştırılması için N CPMG Gevşeme Dağılımı

Protein conformational dynamics play fundamental roles in regulation of enzymatic catalysis, ligand binding, allostery, and signaling, which are important ...

Rapid Scan Electron Paramagnetic Resonance Opens New Avenues for Imaging Physiologically Important Parameters In Vivo

We demonstrate a superior method of 2D spectral-spatial imaging of stable radical reporter molecules at 250 MHz using rapid-scan electron-paramagnetic-resonance (RS-EPR), which can provide quantitative information under in vivo conditions on oxygen concentration, pH, redox status and concentration of signaling molecules (i.e., OH&#8226;, NO&#8226;). The RS-EPR technique has a higher sensitivity, improved spatial resolution (1 mm), and shorter acquisition time in comparison to the standard continuous wave (CW) technique. A variety of phantom configurations have been tested, with spatial resolution varying from 1 to 6 mm, and spectral width of the reporter molecules ranging from 16 &#181;T (160 mG) to 5 mT (50 G). A cross-loop bimodal resonator decouples excitation and detection, reducing the noise, while the rapid scan effect allows more power to be input to the spin system before saturation, increasing the EPR signal. This leads to a substantially higher signal-to-noise ratio than in conventional CW EPR experiments.

Rapid Scan Electron Paramagnetic Resonance Opens New Avenues for Imaging Physiologically Important Parameters In Vivo

A new electron paramagnetic resonance (EPR) method, rapid scan EPR (RS-EPR), is demonstrated for 2D spectral spatial imaging which is superior to the traditional continuous wave (CW) technique and opens new venues for in vivo imaging. Results are demonstrated at 250 MHz, but the technique is applicable at any frequency.

Hızlı Tarama Elektron Paramagnetik Rezonans Görüntüleme Fizyolojik Önemli Parametreler için Yeni bulvarlar açar<em&gt; İn Vivo</em

We demonstrate a superior method of 2D spectral-spatial imaging of stable radical reporter molecules at 250 MHz using rapid-scan ...

Biyomühendislik

High-Resolution Studies of Proteins in Natural Membranes by Solid-State NMR

Membrane proteins are vital for cell function and thus represent important drug targets. Solid-state Nuclear Magnetic Resonance (ssNMR) spectroscopy offers a unique access to probe the structure and dynamics of such proteins in biological membranes of increasing complexity. Here, we present modern solid-state NMR spectroscopy as a tool to study structure and dynamics of proteins in natural lipid membranes and at atomic scale. Such spectroscopic studies profit from the use of high-sensitivity ssNMR methods, i.e., proton-(1H)-detected ssNMR and DNP (Dynamic Nuclear Polarization) supported ssNMR. Using bacterial outer membrane beta-barrel protein BamA and the ion channel KcsA, we present methods to prepare isotope-labeled membrane proteins and to derive structural and motional information by ssNMR.

This work details robust basic routines on how to prepare isotope-labeled membrane protein samples and analyze them at high-resolution with modern solid-state NMR spectroscopy methods.

Membrane proteins are vital for cell function and thus represent important drug targets. Solid-state Nuclear Magnetic Resonance (ssNMR) spectroscopy ...

Kimya

Measuring the Spin-Lattice Relaxation Magnetic Field Dependence of Hyperpolarized [1-13C]pyruvate

The fundamental limit to in vivo imaging applications of hyperpolarized 13C-enriched compounds is their finite spin-lattice relaxation times. Various factors affect the relaxation rates, such as buffer composition, solution pH, temperature, and magnetic field. In this last regard, the spin-lattice relaxation time can be measured at clinical field strengths, but at lower fields, where these compounds are dispensed from the polarizer and transported to the MRI, the relaxation is even faster and difficult to measure. To have a better understanding of the amount of magnetization lost during transport, we used fast field-cycling relaxometry, with magnetic resonance detection of 13C nuclei at ~0.75 T, to measure the nuclear magnetic resonance dispersion of the spin-lattice relaxation time of hyperpolarized [1-13C]pyruvate. Dissolution dynamic nuclear polarization was used to produce hyperpolarized samples of pyruvate at a concentration of 80 mmol/L and physiological pH (~7.8). These solutions were rapidly transferred to a fast field-cycling relaxometer so that relaxation of the sample magnetization could be measured as a function of time using a calibrated small flip angle (3&#176;-5&#176;). To map the T1 dispersion of the C-1 of pyruvate, we recorded data for different relaxation fields ranging between 0.237 mT and 0.705 T. With this information, we determined an empirical equation to estimate the spin-lattice relaxation of the hyperpolarized substrate within the mentioned range of magnetic fields. These results can be used to predict the amount of magnetization lost during transport and to improve experimental designs to minimize signal loss.

Measuring the Spin-Lattice Relaxation Magnetic Field Dependence of Hyperpolarized [1-13C]pyruvate

We present a protocol to measure the magnetic field dependence of the spin-lattice relaxation time of 13C-enriched compounds, hyperpolarized by means of dynamic nuclear polarization, using fast field-cycled relaxometry. Specifically, we have demonstrated this with [1-13C]pyruvate, but the protocol could be extended to other hyperpolarized substrates.

Hiperpolarize Spin-Kafes Gevşeme manyetik alan bağımlılığının ölçülmesi [1-13C]pirüuvat

The fundamental limit to in vivo imaging applications of hyperpolarized 13C-enriched compounds is their finite spin-lattice relaxation times. Various ...

<meta charset="utf8"></head><body>Protein Dinamiği Çalışmasında NMR 15N Gevşeme ve hetNOE Deneyleri için Protokol

NMR 15N Relaxation Experiments for the Investigation of Picosecond to Nanoseconds Structural Dynamics of Proteins

Nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy allows studying proteins in solution and under physiological temperatures. Frequently, either the amide groups of the protein backbone or the methyl groups in side chains are used as reporters of structural dynamics in proteins. A structural dynamics study of the protein backbone of globular proteins on 15N labeled and fully protonated samples usually works well for proteins with a molecular weight of up to 50 kDa. When side chain deuteration in combination with transverse relaxation optimized spectroscopy (TROSY) is applied, this limit can be extended up to 200 kDa for globular proteins and up to 1 MDa when the focus is on the side chains. When intrinsically disordered proteins (IDPs) or proteins with intrinsically disordered regions (IDRs) are investigated, these weight limitations do not apply but can go well beyond. The reason is that IDPs or IDRs, characterized by high internal flexibility, are frequently dynamically decoupled. Various NMR methods offer atomic-resolution insights into structural protein dynamics across a wide range of time scales, from picoseconds up to hours. Standard 15N relaxation measurements overview a protein&#39;s internal flexibility and characterize the protein backbone dynamics experienced on the fast pico- to nanosecond timescale. This article presents a hands-on protocol for setting up and recording NMR 15N R1, R2, and heteronuclear Overhauser effect (hetNOE) experiments. We show exemplary data and explain how to interpret them simply qualitatively before any more sophisticated analysis.

<meta charset="utf8"></head><body>Yazar Spotlight: NMR Gevşeme Deneyleri ile İçsel Olarak Düzensiz Protein Dinamiklerini Keşfetmek

Nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy can characterize structural protein dynamics in a residue-specific manner. We provide a hands-on protocol for recording NMR 15N R1 and R2 relaxation and {1H}-15N heteronuclear Overhauser effect (hetNOE) experiments, sensitive to the picoseconds to nanoseconds timescale.

NMR 15N Proteinlerin Pikosaniye ve Nanosaniye Yapısal Dinamiğinin İncelenmesi için Gevşeme Deneyleri

Nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy allows studying proteins in solution and under physiological temperatures. Frequently, either the amide ...

NMR ile Gerçek zamanlı enzimatik Reaksiyon Hızı Ölçümleri için çözünme Dinamik Nükleer Polarizasyon Aletler

Özet

Daha Fazla Video Keşfet

Bu videodaki bölümler

hyperpolarized

Özünde Düzensiz Proteinlerin Çoklu fosforilasyon Saptanma Nükleer Manyetik Rezonans Spektroskopisi

Hiperpolarize Manyetik Rezonans Ajanlar Araştırmaları bir Multi-bölmesi Dinamik Tek Enzim Phantom Kullanımı

Yapısal aydınlatma kullanarak dinamik nükleer polarizasyon Solid-State NMR için bitki malzeme ve mantar hazırlanması

¹⁵ μs-ms Zaman Ölçeğinde Protein Konformasyonsal Dinamiklerinin Araştırılması için N CPMG Gevşeme Dağılımı

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

High-Resolution Studies of Proteins in Natural Membranes by Solid-State NMR

Hiperpolarize Spin-Kafes Gevşeme manyetik alan bağımlılığının ölçülmesi [1-¹³C]pirüuvat

NMR ¹⁵N Proteinlerin Pikosaniye ve Nanosaniye Yapısal Dinamiğinin İncelenmesi için Gevşeme Deneyleri

NMR ¹⁵N Proteinlerin Pikosaniye ve Nanosaniye Yapısal Dinamiğinin İncelenmesi için Gevşeme Deneyleri