חדש biosensor zymonic חומצה מציגה שינויים pH ערך

Are athletes really getting faster, better, stronger? | David Epstein (יולי 2019).

Anonim

גידולים, דלקות והפרעות במחזור הדם מפריעים באופן מקומי את האיזון הבסיסי של הגוף. שינויים אלה בערכי ה- pH יכולים לשמש לדוגמה כדי לאמת את ההצלחה של טיפולים בסרטן. עד כה, עם זאת, לא היתה שיטת הדמיה כדי להפוך שינויים כאלה גלויים אצל חולים. עכשיו צוות של האוניברסיטה הטכנית של מינכן (טום) פיתחה חיישן pH כי ערכי pH גלוי באמצעות הדמיית תהודה מגנטית (MRI) - בצורה פולשנית ללא קרינה.

לפני ארבע שנים, במהלך ניסוי תהודה מגנטית עם תאים סרטניים, מצא ד"ר פיזיק שילינג, פיזיקאי טום, אותות ממולקולה שהייתה רגישה מאוד לשינויים ב- pH. המולקולה, שזוהתה כחומצה צימונית בחקירות שלאחר מכן, יכולה למלא תפקיד חשוב בעתיד ההדמיה הרפואית. בתור biosensor עבור ערכי pH, זה יכול לספק תובנות לגוף שהיה בלתי אפשרי בעבר.

"שיטת הדמיה מתאימה ל- pH תאפשר לדמיין שינויים חריגים ברקמות ותהליכים מטבוליים במיוחד של גידולים", מסביר פרנץ שילינג. באזורים הסובבים גידולים ודלקות הם בדרך כלל מעט חומצי יותר מאשר באזורים המקיפים רקמה בריאה, תופעה הקשורה אולי לתוקפנות של גידולים. שילינג רואה עוד שימושים אפשריים בפרוגנוזה של הטיפול: "ערכי ה- pH מעניינים גם כשמדובר בהערכת היעילות של טיפולים סרטניים.גם לפני שהטיפול בהצלחה מתחיל להתכווץ, חילוף החומרים שלו ולכן ערך ה- pH של האזור שמסביב יכול להשתנות. שיטת הדמיה נכונה של ה- pH תציג בשלב מוקדם בהרבה אם נבחרה הגישה הנכונה ".

Schilling הוא כעת מנהל קבוצת עבודה עבור הדמיה פרה קלינית ו פיסיקה רפואית במרפאה ו מרפאה לרפואה גרעינית ב TUM Klinikum rechts der Isar. בשנים האחרונות, הוא הצטרף יחד עם עמיתים מהמחלקות לפיזיקה, כימיה ורפואה כדי לחקור חומצה zymonic כמו biosensor. בכתב העת Nature Communications מתאר הצוות כיצד ניתן להשתמש בו באופן אמין לייצוג ערכי ה- pH בגופם של בעלי חיים קטנים.

MRI-Imaging עם אילוצי זמן

כדי להפוך את ערכי ה- pH גלויים באמצעות חומצה zymonic, את המולקולה מוזרק לתוך הגוף ולאחר מכן חקר תהודה מגנטית (MRI) החקירה נעשית רקמת האובייקט. במונחים פשוטים מאוד: בשדה מגנטי חזק, גלי הרדיו מעוררים את ספיני הגרעין של החומצה zymonic כדי תנודה. תגובות של גרעינים נרשמות אז. נתונים אלה משמשים לחישוב ספקטרום התדר אשר בתורו לספק מידע על התכונות הכימיות של הסביבה המולקולרית של הגרעינים. בסופו של דבר, ערך ה- pH בכל מקום שנבדק ברקמה יכול להיות מיוצג על פי שינויים מולקולריים תלויים pH בחומצה zymonic.

חומצה Zymonic צריך להיות מסומן עם פחמן 13 כדי להיות גלויים תמונות MRI. משמעות הדבר היא כי מולקולות מכילים פחמן 13 אטומים (13C) במקום "12" נורמלי פחמן 12 אטומים. אבל חומצה zymonic מסומן בדרך זו עדיין לא ניתן למדידה: האות MRI שלה הוא חלש מדי. "לכן אנו משתמשים בשיטה חדשה יחסית, היפר-פולאריזציה", מסביר סטפן דובל, פיסיקאי ומחבר ראשון של המחקר. "אנו משתמשים במכשיר מיוחד להעברת הקיטוב של האלקטרונים לגרעיני האטום 13C באמצעות מיקרוגלים בטמפרטורות נמוכות מאוד, מה שמביא אות MRI עד פי 100, 000". נוזל חם משמש אז כדי להחזיר במהירות את החומצה zymonic לטמפרטורת החדר.

לאחר מכן, המדענים צריכים לפעול במהירות. את biosensor מוזרק לתוך תוך ורידית לתוך האורגניזם, אז יש לבצע את סריקת MRI מיד: זה לוקח רק 60 שניות עבור אפקט להגביר את האות של hyperpolarization ללבוש שוב. "אנחנו עובדים כעת על הרחבת חלון זמן זה", אומר Düwel. "מצד אחד, אנו מנסים לשפר את תכונות ה- MRI של חומצה zymonic עם שינויים מתאימים מולקולה, ומצד שני, אנחנו מחפשים אחר מולקולות רגישות pH", מסביר ביוכימאי כריסטיאן הונדשמר, המחבר השני של המחקר.

יתרונות בהשוואה לגישות אחרות

פרנץ שילינג והצוות שלו הצליחו להראות כי השיטה שלהם רגישה מספיק כדי לייצג שינויים רלוונטיים מבחינה רפואית ערך pH באורגניזם. שימוש בחומצה zymonic אפשר גם לחקור באופן ספציפי את הערך pH מחוץ לקרום התא: עם biosensors אחרים זה לעתים קרובות לא ברור אם השינויים נמדד להתרחש בתוך התא או מחוץ (תאיים או תאיים). זה חשוב כי הערך תאיים הוא בדרך כלל יציב, ואילו שינויים בחילוף החומרים יש השפעה רבה יותר על הערך תאיים.

בניגוד לשיטות אופטיות, המוגבלות לחדירה שטחית לגוף בגלל השקיפות הנמוכה של הרקמה, אין מגבלות לעומק החדירה ל- MRI. כמו כן הוכח כי חומצה zymonic אינו רעיל בריכוזים המשמשים עם בעלי חיים קטנים והוא נוצר גם בריכוזים נמוכים כמו תוצר לוואי של חומצה פירובית מטבולית אשר נמצא בגוף.

"אנו מאמינים כי חומצה zymonic הוא biosensor מבטיח מאוד עבור יישומים החולה", אומר פרנץ שילינג. לעת עתה, עם זאת, מחקרים פרה קליניים נוספים מתוכננים על מנת לברר את היתרונות של זה ביומרקר הדמיה חדשה לעומת שיטות קונבנציונאלי כדי לשפר עוד יותר את הפתרון המרחבי של הדמיה pH.

menu
menu