Wzmocnienie sygnału metodą odwracalnej wymiany

Wzmocnienie sygnału metodą odwracalnej wymiany, SABRE (od angielskiego Signal Amplification by Reversible Exchange) – jedna z dwóch metod wzmocnienia sygnału rezonansu magnetycznego wykorzystujących parawodór. Przeprowadzenie eksperymentu SABRE wymaga zmieszania roztworu cząsteczki, która będzie hiperpolaryzowana, katalizatora przeniesienia hiperpolaryzacji oraz parawodoru.

Hiperpolaryzacja

Ze względu na małą różnicę energii między stanami spinowymi wodoru, różnica w ich obsadzeniu jest bardzo mała. Różnica ta nazywana jest polaryzacją. W stanie równowagi termodynamicznej różnice te są niewielkie, rzędu 10^-6^[1]. Celem hiperpolaryzacji jest zwiększenie różnicy obsadzeń tych poziomów przy zadanych parametrach pola magnetycznego spektrometru w celu wykrycia wyraźniejszego sygnału NMR.

Parawodór

Do przeprowadzenia hiperpolaryzacji metodą SABRE konieczne jest użycie parawodoru. Jest to jeden z izomerów spinowych wodoru. Różnią się one wzajemnym ułożeniem spinów jąder wodoru w cząsteczce H₂. W temperaturze pokojowej stosunek między liczby cząsteczek ortowodoru do liczby cząsteczek parawodoru wynosi 3:1. W temperaturze około 77 K w mieszaninie takiej znajduje się mniej więcej równa liczba cząsteczek orto- i parawodoru^[1].

Katalizatory

Rolą katalizatora w hiperpolaryzacji metodą SABRE jest przeniesienie wysokiego stopnia polaryzacji jądrowej z jąder wodoru na jądra atomów hiperpolaryzowanej cząsteczki. Stosowanie katalizatorów zawierających toksyczny iryd przez długi czas stanowiło przeszkodę w zastosowaniu produktów SABRE w celach biomedycznych, podobnie jak kwestia rozpuszczalności rzeczonych katalizatorów. Nowe perspektywy w tym zakresie stwarza zastosowanie katalizatorów niezawierających atomów metalu. Prowadzone są także prace nad minimalizacją stężenia katalizatora w mieszaninie podawanej pacjentowi poprzez separację katalizatora^[2]. Niedawno pojawiły się doniesienia o hiperpolaryzacji związków przeciwnowotworowych w celu badania ich metabolizmu^[3].

Istotnym czynnikiem wpływającym na efektywność transferu polaryzacji jest zatłoczenie steryczne katalizatora^[4].

Przebieg eksperymentu SABRE

Podczas eksperymentu SABRE roztwór katalizatora oraz hiperpolaryzowanej cząsteczki wystawiany jest na kontakt z parawodorem. W wyniku tego tworzy się labilny kompleks katalizator – substraty – wodór, który po pewnym czasie się rozpada. Dzięki temu istnieje możliwość wielokrotnego hiperpolaryzowania danej cząsteczki.

Przypisy

↑ ^a ^b Meghan E. Halse. Perspectives for hyperpolarisation in compact NMR. „TrAC Trends in Analytical Chemistry”, s. 76–83, październik 2016. Elsevier. DOI: 10.1016/j.trac.2016.05.004.
↑ Iali Wissam, Alexandra M. Olaru. Achieving High Levels of NMR-Hyperpolarization in Aqueous Media With Minimal Catalyst Contamination Using SABRE. „Chemistry European Journal”. 23(44), s. 10491–10495, 19 lipca 2017. Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA. DOI: 10.1002/chem.201702716. PMID: 28609572. PMCID: PMC5582620.
↑ Elizabeth J. Fear, Aneurin J. Kennerley. SABRE hyperpolarized anticancer agents for use in 1H MRI. „Magnetic Resonance in Medicine”. 88 (1), 7 marca 2022. Wiley. DOI: 10.1002/mrm.29166.
↑ Sara Hadjiali, Roman Savka. Substituent Infuences on the NMR Signal Amplifcation of Ir Complexes with Heterocyclic Carbene Ligands. „Applied Magnetic Resonance”, s. 895–902, 21 lutego 2019. Springer. DOI: 10.1007/s00723-019-01115-x.

[:0-1] Meghan E. Halse. Perspectives for hyperpolarisation in compact NMR. „TrAC Trends in Analytical Chemistry”, s. 76–83, październik 2016. Elsevier. DOI: 10.1016/j.trac.2016.05.004.

[2] Iali Wissam, Alexandra M. Olaru. Achieving High Levels of NMR-Hyperpolarization in Aqueous Media With Minimal Catalyst Contamination Using SABRE. „Chemistry European Journal”. 23(44), s. 10491–10495, 19 lipca 2017. Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA. DOI: 10.1002/chem.201702716. PMID: 28609572. PMCID: PMC5582620.

[3] Elizabeth J. Fear, Aneurin J. Kennerley. SABRE hyperpolarized anticancer agents for use in 1H MRI. „Magnetic Resonance in Medicine”. 88 (1), 7 marca 2022. Wiley. DOI: 10.1002/mrm.29166.

[4] Sara Hadjiali, Roman Savka. Substituent Infuences on the NMR Signal Amplifcation of Ir Complexes with Heterocyclic Carbene Ligands. „Applied Magnetic Resonance”, s. 895–902, 21 lutego 2019. Springer. DOI: 10.1007/s00723-019-01115-x.

[1]

[2]

[3]

[4]