代谢物富马酸可揭示细胞损伤一种新的MRI生成富马酸盐的方法

　　一个跨学科研究小组发表的一个有希望的新概念为磁共振成像(MRI)领域的重大进展铺平了道路。他们的新技术可以大大简化近20年前发展起来的核磁共振成像，用于观察体内的代谢过程。该提议涉及到代谢产物富马酸的超极化使用对氢和随后的代谢物的纯化。
　　＂这项技术不仅简单，而且比以前的程序便宜得多，＂詹姆斯·埃尔斯博士(Dr.James Eills)说。他是约翰·古滕贝格大学(Johannes Gutenberg University Mainz)和赫尔姆霍兹研究所(Helmholtz Institute Mainz)的德米特里·布克尔(Dmitry Budker)教授的研究团队成员。参加该项目的还有杜达姆施塔特大学、TU Kaiserslautern大学、美国加利福尼亚大学伯克利分校、意大利都灵大学和英国南安普敦大学的化学、生物技术和物理领域的科学家。
　　富马酸盐是超极化成像的关键生物传感器。
　　MRI的潜在应用因其灵敏度低而受到阻碍，其技术本质上仅限于观察体内的水分子。因此，研究人员一直在研究不同的方法来改善MRI。大约20年前，超极化磁共振成像技术首次出现，取得了重大突破：由于超极化分子发射的MRI信号要强得多，所以也可以看到体内只有低浓度的物质。通过在患者中引入超极化生物分子，可以实时跟踪代谢，从而为医生提供更多的信息。
　　富马酸超极化传感器是一种很有前途的代谢过程成像生物传感器。富马酸是柠檬酸循环的代谢产物，在生物的能量生产中起着重要的作用。为了成像目的，富马酸盐被标记为碳-13，因为这种同位素的原子核可能是超极化的。动态核极化是目前对富马酸盐进行超极化的最先进的方法，但这是昂贵和相对缓慢的，所需设备费用为1至200万欧元。这篇文章的第一作者TU Darmstadt博士说：＂由于相关的高成本和技术复杂性，动态核极化很难在日常的临床实践中使用。通过使用对氢，我们能够以一种经济有效、方便的方式将这一重要的生物分子极端化。＂TU Darmstadt的Stephan Knecht博士是这篇文章的第一作者。
　　用于生物传感器的富马酸盐过极化纯化新方法
　　由JamesEills博士领导的研究小组已经对这一概念进行了一段时间的研究。Eills强调：＂我们取得了重大突破，因为我们的方法不仅便宜，而且速度快，易于操作。＂然而，对氢诱导极化(简称PhIP)也有其缺点。在这种以化学为基础的技术中，低极化水平和大量不想要的伴随物质是特别有问题的。除其他外，将极化从对氢转移到富马酸需要一种催化剂，它与其他反应副产物一样留在反应液中。都灵分子生物技术与健康科学系的物理学家Eleonora Cavallari博士说，＂必须将化学污染物从溶液中去除，这样才能使其具有生物相容性，并能注入生物。如果我们考虑到这种超极化生物传感器的未来临床翻译，这是至关重要的。＂卡瓦拉里博士是都灵分子生物技术与健康科学系的物理学家。
　　解决这一问题的方法是通过沉淀净化过极化的富马酸盐。然后富马酸盐以纯化固体的形式出现，然后在期望的浓度后再溶解。詹姆斯·艾尔斯博士补充说：＂这意味着我们有一种产品，所有的有毒物质都已经被去除，这样它就可以很容易地在人体内使用。＂另外，与以往的PHIP实验相比，极化率提高了30%~45%。临床前的研究已经表明，超极化富马酸盐显像是监测肿瘤疗法的反应，以及对急性肾损伤或心肌梗死的影响的一种合适的方法。这种生产富马酸超极化的新方法将大大加快临床前的研究，并将这项技术引入更多的实验室。
　　更多内容：Stephan Knecht et al, Rapid hyperpolarization and purification of the metabolite fumarate in aqueous solution, Proceedings of the National Academy of Sciences (2021). DOI: 10.1073/pnas.2025383118