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La technologie d'IRM brise la nouvelle base dans la représentation moléculaire

Les Chercheurs avec le Ministère De L'énergie des États-Unis le Laboratoire National de Lawrence Berkeley Et l'Université de Californie chez Berkeley ont développé une technique neuve pour l'imagerie par résonance magnétique (MRI) qui tient compte du dépistage des signes des molécules actuelles à 10.000 concentrations inférieures de périodes que des Techniques IRM conventionnelles.

HYPER-CEST Appelé, parce que transfert chimique de saturation d'échange de xénon hyperpolarized, cette technique neuve retient la promesse grande pour la représentation moléculaire, dans laquelle la distribution spatiale des molécules particulières est trouvée dans un organisme. Éventuel, HYPER-CEST a pu devenir un outil de valeur pour le diagnostic médical, y compris le dépistage précoce du cancer.

En deux journaux publiés à la Science de tourillons et au Tourillon de De résonance magnétique, les états d'équipe de recherche sur une technique dans laquelle les atomes de xénon ont été hyperpolarized avec la lumière laser pour augmenter leur signe d'IRM, ont comporté à un biocapteur de cage de nanoscale, et ont lié aux objectifs particuliers de protéine ou de ligand. Ces biocapteurs hyperpolarized de xénon produisent du contraste hautement sélecteur aux sites où ils sont liés, amplifiant excessivement la force du signe d'IRM et ayant pour résultat des images spatiales de l'objectif moléculaire ou cellulaire choisi. Cette recherche a été aboutie par des Pins d'Alexandre, Ph.D., et David Wemmer, Ph.D.

« Notre Technique IRM moléculaire de HYPER-CEST effectue l'utilisation optima des signes hyperpolarized de xénon en produisant un signe fort dans les régions où le biocapteur est présent, tenant compte de la détermination non envahissante facile de la molécule-cible, » a dit des Pins. Wemmer a ajouté, de « Autres agents moléculaires de contraste d'IRM fournissent des petits changements de grands signes d'IRM, apportant les modifications difficiles de trouver quand la quantité de grippement d'agent de contraste est petite. Notre agent de contraste de HYPER-CEST fournit une évolution importante dans le signe du xénon IRM, que le moyen il est beaucoup plus facile de trouver quoique les signes du xénon IRM soient plutôt petits. »

En plus de son intrinsèquement plus contrasté, un autre avantage avec la technique de HYPER-CEST que ses effets peuvent « être multiplexés, » signifie que les biocapteurs polarisés de xénon peuvent être visés pour trouver différentes protéines en même temps dans un échantillon unique. Cette capacité, qui n'est pas partagée par la plupart des agents moléculaires conventionnels de contraste d'IRM, ouvrent un certain nombre de possibilités pour de futurs diagnostics. Par exemple, comme outil de diagnostic pour le dépistage du cancer, avec des médecins de HYPER-CEST a pu effectuer les biopsies virtuelles multiples sur un prélèvement de tissu unique, utilisant différents biocapteurs pour examiner pour chaque type de cancer potentiel.

Comme outil de diagnostic pour le cancer, HYPER-CEST serait extrêmement sensible, capable trouver la présence des protéines liées au cancer (des parties selon million) aux concentrations micromolar. Plus la présence des cellules cancéreuses est trouvée tôt, plus il est probable pour le traitement réussi meilleurs. En plus de la spécificité élevée de sensibilité et d'objectif, HYPER-CEST IRM est également seul d'autres techniques d'imagerie moléculaires parce qu'il fournit des informations spatiales et biochimiques. Cette technique indique un large éventail d'applications biomédicales bien au-delà des diagnostics de cancer.

L'IRM est bien établi comme puissante technologie pour la représentation biomédicale. C'est des moyens indolores et sans radiothérapie d'obtenir des images tomographical en trois dimensions de haute qualité de tissu interne et d'organes, particulièrement utiles pour les échantillons opaques. Cependant, l'application de l'IRM à la représentation moléculaire a été limitée par des délivrances de sensibilité.

L'IRM, comme sa technologie de soeur, spectroscopie (NMR) de résonance magnétique nucléaire, est basé sur une propriété des noyaux atomiques avec rotation appelée impaire de proton ou de neutron une « . » De Tels noyaux tournent sur un axe comme les hauts miniatures, provoquant un moment magnétique, qui signifie que les noyaux agissent comme si ils étaient des barres aimantées avec un pôle du nord et du sud. Une Fois exposés à un champ magnétique externe, ceux-ci les « barres aimantées » de rotation essayent d'aligner leurs haches le long des lignes de la force magnétique. Puisque le cadrage n'est pas exact, le résultat est une rotation oscillante, ou la « précession, » qui est seule à chaque type d'atome.

Si, tandis qu'exposés au champ magnétique, les noyaux de précession sont également heurtés avec un pouls (rf) de radiofréquence, ils absorberont et re-émettront l'énergie aux fréquences particulières selon leurs tarifs de précession. Quand le pouls de rf est combiné avec des gradients de champ magnétique, on produit un signe dans l'espace encodé qui peut être trouvé et traduit en images.

L'Obtention d'un signe dans l'espace encodé d'IRM d'un échantillon dépend des rotations de ses noyaux de précession se polarisant de sorte qu'un excès se dirige dans un sens, ou « vers le haut » ou de « vers le bas. » Puisque l'excès naturel d'haut contre vers le bas tourne à n'importe quelle population typique des noyaux atomiques est seulement environ un dans 100.000, des Techniques IRM conventionnelles sont conçus pour trouver les noyaux qui sont hautement abondants en tissu, habituellement les protons dans l'eau. Les Directeurs De Stage utilisent les agents contrastants pour induire les changements détectables du signe d'IRM d'un échantillon qui peut indiquer la présence des anomalies. Cependant, quoique certains de ces agents contrastants grippent aux objectifs biomoléculaires particuliers, la sensibilité est habituellement si basse pour la représentation moléculaire.

Dans des études plus précoces, les Pins et son groupe ont exploité le fait que la vapeur zapping de rubidium avec une poutre de lumière laser polarisée produit un effet « hyperpolarized » qui peut être transféré aux noyaux du xénon, un gaz inerte dont les noyaux comportent naturellement un degré minuscule de polarisation de rotation. Ce procédé, « optique-pompage appelé, » augmente considérablement la part de noyaux d'accélération, produisant une population des atomes de xénon avec presque 50 pour cent de leurs noyaux dans la condition haute. Les Pins et son groupe ont également développé des techniques pour transférer cette hyperpolarisation à partir des noyaux de xénon à d'autres molécules, et des méthodes pour sonder les environnements des atomes de xénon et de leur mouvement.

Fonctionnant avec le groupe de Pins, Wemmer et son groupe ont ultérieurement utilisé une cage moléculaire de nanoscale, appelée un cryptophane, qu'ils se sont adaptés pour juger les atomes hyperpolarized de xénon. En plus d'un « éditeur de liens » biochimique qui effectue le soluble de nanocage dans l'eau, ils ont produit un agent nouvel que les grippages à une molécule d'objectif spécifique et associe le xénon hyperpolarized à elle. Ces biocapteurs sensibles et versatiles de xénon peuvent alors être employés pour modifier sélecteur des signes d'IRM.

Dans les rapports de recherche neufs, l'équipe de Pins et de Wemmer a enregistré leur travail visé combinant les biocapteurs de xénon avec la technologie de CEST, qui a été développée pendant qu'une méthode de contraste pour amplifier le contraste d'IRM des protons. CEST est basé sur l'échange des protons qui a lieu entre les molécules d'eau et d'autres molécules dans le fuselage. Tandis Que pertinents certains états de dessous, CEST est limités par la période de relaxation rapide des protons, qui rend nécessaire le besoin de grands champs magnétiques de diminuer des effets de relaxation et d'augmenter la différence entre les signes saturés et non saturés d'IRM. Elle exige également de relativement un grand nombre d'agent de CEST de produire de l'amélioration significative de contraste.

Le xénon Hyperpolarized a un temps de relaxation beaucoup plus long que des protons, ainsi il signifie que le signe amélioré d'IRM est non seulement plus intense, mais dure beaucoup plus longtemps. Le signe d'IRM obtenu directement à partir des biocapteurs de xénon est des centaines de périodes plus petites que le signe facilement trouvé obtenu à partir d'une piscine de xénon libre dissoute dans le reste de l'échantillon. Les images de HYPER-CEST sont basées sur le signe libre de xénon plutôt que le dépistage direct des biocapteurs cela mène à la sensibilité élevée de la technique.

Ce travail est détaillé en deux journaux. Le premier, publié en la Science, est intitulé, « représentation Moléculaire utilisant un biocapteur hyperpolarized de résonance magnétique visé. » Un résumé de cet article est disponible par PubMed. Abrégé sur Vue.

Le deuxième papier, qui traite les petits groupes techniques et la théorie concernés en utilisant le xénon mis en cage comme biocapteur, apparaît dans le Tourillon de De résonance magnétique et est intitulé, « amélioration de Sensibilité par le transfert assisté de magnétisation d'échange du signe de biocapteur de xénon. » Un chercheur de l'Université de Californie à Santa Barbara a également participé à cette étude. Un résumé de cet article est également PubMed traversant disponible. Abrégé sur Vue.

http://nano.cancer.gov