Nukleární magnetická rezonance

Výzkum skupiny jaderné magnetické rezonance (NMR) je zaměřen v první řadě nametodologii lokalizované in vivo MR spektroskopie a spektroskopického zobrazování a na kvantitativní zobrazování založené na MR difuzometrii a relaxometrii. Tato nedestruktivní, neinvazívní a neionizující měření využívají interakci mezi magnetickými poli vytvářenými NMR přístrojem s atomovými jádry některých nuklidů nacházejícími se v objemu vzorku. Nejvyšší citlivosti se dosahuje u jader 1H (protonů), a proto nejširší škála dostupných měřicích technik se zaměřuje namolekuly vody, hojně zastoupené v biologických vzorcích a mnoha materiálech. V NMR měřeních pozorovaná jádra mohou informovat o morfologii vnitřku vzorku, ale současně mohou fungovat jako atomové sondy vypovídající o svém nejbližším okolí a procesech odehrávajících se v časovém měřítku pikosecund až hodin. Vedle schopnosti identifikovat určité druhy atomů amolekul takmohouměřená data poskytnout statistickou charakterizaci rychlých a náhodných interakcí atomů amolekul (vyjádřených relaxačními časy, difúzními koeficienty, rychlostí chemické výměny a pozorovaných jako změny obrazové intenzity), nebo i časově/prostorově rozlišenou informaci o daleko pomalejších procesech (změnách koncentrace, perfúzi, tocích tekutin či pohybech, zobrazených v časových posloupnostech obrazů). Mohou být získány kvantitativní obrazymapující prostorové rozložení některých dobře definovaných fyzikálních vlastností (koncentrace, relaxačních časů, rychlosti a směru difúze, rychlosti toku, teploty atd.), může být detegována přítomnost paramagnetických nebo superparamagne­tických nanočástic.

Vybavení:
S MR přístroji instalovanými v ALISI mohou být prováděny v zásadě všechny druhy měření známé z klinických MR skenerů. Díky zvýšené citlivosti vyplývající z vysokého magnetického pole amalých cívek těsně obepínajících vzorek je dosažitelné prostorové rozlišení vhodné pro studiummalých vzorků. Jakkoli je oblast biomedicínského zobrazování dominantní, je možný vývoj technik zaměřených na využití NMR pro řešení specifických technologických problémů.

• MR skener 4,7 T/210mm(p­rotonový rezonanční kmitočet 200 MHz), optimální průměr vzorku 40mm,maximální průměr 100mm,maximální délka cca 300mm; měřitelná jádra: ¹H, ¹3C, ¹⁹F, ³¹P, ²³Na, ¹²⁹Xe (okamžitě), další jádra na základě dohody (podmíněno dostupností příslušných RF cívek a filtrů)
• MR skener 9,4 T/210mm(p­rotonový rezonanční kmitočet 400MHz, od poloviny roku 2011).
• Monitor fyziologických funkcí a jednotka pro anestéziimalých zvířat isofluranem(od r. 2011).
• RF laboratoř.

Zobrazování a analýza dat

ALISI je schopno optimalizovat protokolyměření a zpracování data k získání odpovědí na specifické otázky a provést nezbytnáměření. Vzhledemke složitosti technického vybavení a velké flexibilitě NMRměření je pro využití této techniky nejvhodnější organizační formou spolupráce, stavící na synergii odbornosti klienta a NMR kompetenci týmů ALISI.

MR zobrazování, lokalizovaná spektroskopie a spektroskopické zobrazování

• Prostorovémapování 2D řezů nebo D objemů, prostorové rozlišení až cca 0,1×0,1×1mm (10 nL) nyní, 0,05×0,05×1 mm (2.5 nL) od r. 2011.
• Obrazy zvýrazňující spinovou hustotu, časy T1, T2, T2*, difúzi, magnetickou susceptibilitu.
• Molekulově-specifické obrazy (voda, tuk, specifické malé molekuly).
• Kvantitativní zobrazení relaxace, difúze, perfúze, toku, změn teploty,magnetické susceptibility.
• Mapování D prostorového rozložení vybranýchmalýchmo­lekul, zejména pro in vivo studie buněčných kultur, rostlin, extrahovaných tkání, malých zvířat (myš, potkan – od r. 2011).
• Kvantifikace poměrů metabolitů in vivo.

Analýza MR dat

• MR zobrazování a spektroskopické zobrazování: vlastní software Marevisi (vyvinutý ve spolupráci s National Research Council Canada – Institute for Biodiagnostics) – zpracování a vizualizace multidimenzio­nálních MR datových souborů.
• MR spektroskopické zobrazování: kvantově mechanické simulace a vyhodnocení dat, software jMRUI (vyvíjený ve spolupráci s konsorciem evropských výzkumných institucí).
• Specializovaná řešení vyhodnocení MR dat.
• Vyhodnocení perfúzních studií.

Vzdělávání a výcvik

• Kurzy na míru, demonstrace MR technik a výcvik MR operátorů pro pre- nebo postgraduální univerzitní programy nebo výzkumné pracovníky.

Oblasti aplikací

Biomedicínský výzkum
Měření v MR skeneru s vysokým polem a malým pracovním objemem mohou být obzvláště přínosná pro rychle se rozvíjející oblasti nanomedicíny, pro vývoj a testování

• terapií využívajících kmenové buňky v kardiologii, neurologii, ortopedii, diabetologii;
• cílených léčiv pro onkologii, kardiologii, neurologii, psychiatrii;
• MR kontrastních látek na bázi superparamagne­tických nanočástic.

Měření buněčných kultur,měkkých tkání, chrupavek, vyňatých orgánů, nebomyši či potkanů in vivo s vysokýmpros­torovýmrozliše­nímmůže přispět k přenosumole­kulárních a buněčných technik do humánní medicíny. Je výhodou, že tytéž NMR techniky mohou být použity u zvířecích modelů a člověka. ALISI je proto otevřeno i spolupráci zaměřené na vývoji a využití progresivních MR technik v lékařském výzkumu. Slibnou tématikou pro další rozvoj je biomedicínské molekulární zobrazování na bázi NMR v kombinaci s optickýmimo­dalitami (fluorescenční, bioluminiscenční zobrazování, Ramanova spektroskopie apod.).

Zkušenosti ALISI v oblasti NMR mohou být využity i v dalších oblastech vztahujících se k biomedicínskému sektoru, jako např.

• návrh a konstrukce NMR fantomů a cívek pro zvláštní účely;
• testování MR kompatibility­materiálů a implantátů;
• studium fyziologie rostlin.

Průmyslová technologie NMR zobrazování a/nebo spektroskopie semohou uplatnit i v různých oblastech chemického, potravinářského, stavebního průmyslu či energetiky, např. při

• charakterizaci porézníchmateriálů a gelů relaxometrickými a difuzometrickými metodami;
• měření magnetické susceptibility materiálů;
• vývoji biotechnologií.

Kontakt:
Ing. Zenon Starčuk, CSc.
e-mail: starcuk@isibrno.cz
tel: +420 541 514 247

Podrobnější informace: http://www.isibrno.cz/

• Login