امروزه بعنوان عامل متمایز کننده در MRI مورد استفاده قرار می گیرند.
در 15 سال قبل هدف اصلی دانشمندان گسترش نشانه گذاری و پاسخی برای اساسی برای گسترش حساسیت بالای بود.
از نشانه گذاری آلبومین سرم انسان برای توسعه عوامل آنژیوگرافی و تشخیص مولکولهایی با غلظت های کم استفاده می شود.
با روشهای مختلف می توان سلول هایی که در MRI قادرند با Gd کی لیت بسازند را مشخص کرد.
نهایتاً با ویژگی تغییر جهت پارامغناطیسی کمپلکس می توان یک سری جدید عوامل متمایز کننده (CA) که مبنی بر انتقال سیگنال مولکول آب و ویژگی تبادل پروتونهای CA و واکنش بین مولکولهای آب با لانتایند بهره برداری کرد.
تفکیک فضایی بسیار عالی و ظرفیت برجسته بافت های مختلف، موفقیت گسترده در زمینه MRI را در تشخیص های پزشکی بوجود آورده اند.
تمایز در MRI در نتیجه یک تأثیر و تأثر فاکتورهای زیادی از کمپلکس که شامل رابطه زمان های آسایش و و دانسیته پروتون بافتها و پارامترهای مفید دیگر می باشند.
تمایز در MRI می توان بوسیله عامل متمایز کننده مناسب افزایش پیدا کند.
در واقع این نشان می دهد که عوامل متمایز کننده باعث تغییر سرعت آسایشی پروتون آب می شود که این اطلاعات فیزیولوژی همراه با این CA ها برتر از تفکیک آناتوی معمولی بدست آمده در غیاب CA هستند.
CA ها بطور وسیع در پزشکی برای تشخیص اندام تخریب شده و شکستگی سد مغزی – خونی رو عوامل ناهنجار در تصفیه کلیه و جریان خون در بافتها مورد استفاده قرار گیرند.
از کاربردهای دیگر می توان نشانگذاری تومور را که پیوسته تحت گسترش قرار دارد نام برد.
هر روز حدود 35% معالجات MRI ، از CA ها استفاده می شود.
برخلاف CAهای مورد استفاده در مغز نگاری کامپیوتری و درمانهای هسته ای، CA های MRI بطور مستقیم در تصویر مشخص نیستند.
CA ها روی زمانهای آسایش پروتونهای آب و در نتیجه روی شدت سیگنال NMR تأثیر می گذارند.
بطور کلی هدف CA ها کاهش برای دستیابی به یک سیگنال شدید در زمانهای کوتاه و نسبت سیگنال به نویر بهتر و تنها با یک اندازه گیری است.
CA هایی که مشخصاً برای دستیابی به یک سیگنال شدید در زمانهای کوتاه و نسبت سیگنال به نویر بهتر و تنها با یک اندازه گیری است.
CA هایی که مشخصاً را کاهش می دهند مثبت و آنهایی که تأثیری بیشتری روی دارند.
منفی گویند.
الکترونهای جفت نشده بطور قابل ملاحظه ای و را کاهش می دهند.
بنابراین بیشتر روی کمپلکسهای فلزی پارامغناطیس تحقیقات به عمل می آید.
در بین یونهای فلزی پارامغناطیس فلزات واسطه یا فلزات لانتانید تحقیقات به عمل می آید.
حال ما توجه مان را روی که فلزی از سری لانتانید است متمرکز می کنیم زیرا دارای خاصیت پارامغناطیس بالا و ویژگی های مناسب در مدت آسایش الکترونی است.
این فلز هیچ وظیفه فیزیولوژی مشخصی در بین جانداران ندارد و بعنوان یون آزاد اسمیت بالایی در حدود دارد بهمین دلیل استفاده از لیگاندهایی تا تشکیل کی لیت پایدار با یونهای لانتانید دهند بسیار مهم و ضروری است.
میل ترکیب بالایی با بعضی از پلی آمینوکروکسیلیک اسیدها (حلقوی یا خطی) باعث کمپلکس های پایداری (بالاتر از می شود.
اولین CA مورد استفاده در پزشکیG d DTPA بوده که بیشتر از 10 سال تحت آزمایشات پزشکی بر روی 20 میلیون بیمار قرار گرفته است.
Gd های دیگرGd-DOTA و Gd DTPA-BMA و Gd-HPDO3A می باشند.
این CA ها ویژگی های مشابه در مورد سرعت دارویی دارند.
زیرا آنها در خون خارج سلولی توزیع می شوند و از راه صافی خوشه ای حذف می شوند.
این CA ها برای تعیین جراحات ناشی از شکستگی سد مغزی – خونی مفیدند.
دو مشتقلG d DTPA ، Gd BOPTA و Gd-EOB-DTPA هستند.
علاوه بر می توان و نیز استفاده کرد.
مانع اصلی رابطه بین پایداری این کمپلکهاست.
یک فلز لازم و ضروری است زیرا با تغییر شکل ساختار بیولوژیکی، یونهای با بازدهی بالا جدا می شوند.
ولی ناپایداری فرمهای طراحی کی لیت های را مشکل می‌سازد.
با داشتن الکترونهای جفت نشده بیشتر نسبت به وارد زمینه CA های NNIR به فرم اکسید آهن می شود.
و سرانجام MnDPDP وارد تکنیک های پزشکی می شوند که عاملی است که وظیفه شان را بوسیله آزاد کردن یونهای فلزی به ماکرومولکولهای درون زا انجام می دهد.
افزایش آسایش پروتونی که در نتیجه افزودن پروتئین حاصل می شود برای تشخیص هپاتوتیست بکار می رود.
گزینه های اصلی در ارتباط بین و کاربرد تصویر مولکولی: 1- چگونگی رسیدن به آسایش بالاتر کمپلکس های (تعیین پارامتر آسایش) 2- چگونگی رسیدن به کمپلکس های و اکنون CA های جدید MRI که CEST نامیده می شوند را بررسی می کنیم این سیستم‌ها شامل مبادله کم پروتونها، انتقال مغناطیس به سیگنال آب می‌شوند.
2- چگونگی رسیدن به کمپلکس های و اکنون CA های جدید MRI که CEST نامیده می شوند را بررسی می کنیم این سیستم‌ها شامل مبادله کم پروتونها، انتقال مغناطیس به سیگنال آب می‌شوند.
استفاده از لانتانید یا کی لیت پارامغناطیس فلز واسطه (عوامل PARA CEST) سودمند هستند زیرا یون پارامغناطیس ایجاد تغییر تغییر بزرگی در رزونانس اطراف هسته می کند.
تعیین آسایش: قبل از هر چیز باید پتانسیل CA را مورد بررسی قرار داد.
یک کمپلکس Gd باید دارای خاصیت ترمودینامیکی بالا و دارای خاصیت تبادل سریع مولکولهای آب باشد.
(تبادل بین مولکول آب کئوردینه شده به فلز با مولکول آب جلال).
در واقع این مبادله مولکولهای آب حلال است که اجازه می دهد فرآیند آسایش همه پروتونها در هنگام توزیع CA ها اتفاق بیافتد.
کارایی کی لیت های از آسایش آن محاسبه می شود (برای CA های تجاری مثل مگنولیست – دو تارم – پروهنس حدود در 20 MHZ و ) سرعت فرایند آسایش مشاهده شده پروتون در محلول آبی محتوی کمپلکس پارامغناطیس از جمع سه مورد زیر حاصل می شود: I : مقدار برابر با سرعت پروتون آسایشی در حضور کمپلکس و یا مغناطیس (La-Lu-Y) II : نسبت مبادله مولکولهای آب از لایه کئوردیناسیون داخلی یون فلزی به مولکول آب III : نسبت سهم مولکولهای آب که به لایه کئوردیناسیون بیرونی مرکز پارامغناطیس نفوذ کرده اند.
.
سهم لایه داخلی بطور مستقیم با غلظت مولار کمپلکس پارامغناطیس و به تعداد مولکولهای آب کئوردینه شده به مرکز پارامغناطیس (q) و نسبت عکس با حاصل جمع نیمه عمر اقامت پروتون آب کئوردینه شده و زمان آسایش هایشان پارامتر بعدی نسبت مستقیم فاصله بین مغز مرکزی و پروتونهای آب کئوردینه شده (r) و وابسته به زمان جهت یابی مولکول و زمان آسایش الکترونی الکترون های جفت نشده فلز دارد.
سهم لایه بیرونی وابسته به و Max فاصله رسیدن بین حلال و حل شونده پارامغناطیس و نسبت ضریب نفوذ و مقاومت میدان مغناطیسی دارد.
وابستگی و میدان مغناطیسی اجازه تعیین پارامترهای اصلی آسایش کی لیت را می دهد.
CA های تجاری نشان داده شده در شکل 1 تک ؟؟
هستند q=1 و حدود 60-80ps دارند.
در این مرتبه کمپلکسهای پلی آمینوکربوکسیلات در 0.51 و در دمای است.
یک پارامتر ساختاری مهم که تحت تأثیر آسایش لایه درونی قرار دارد.
تعداد آبپوشی (q) است.
این نماینده فاکتور مقیاسی در معادله که آسایش لایه درونی را مشخص می کند و تعداد بیشتری مولکولهای آب کئورینه شده تولید می کند q>1.
هر چه تعداد مولکول آب کئوردینه شده به فلز بیشتر باشد بازدهی بیشتر است.
زیرا سرعت آسایش بیشتر می شود و هرچه تعداد دندانه لیگاند کمتر باشد.
کاهش پایداری ترمودینامیکی و افزایش سیمت داریم همچنین سیستم با q=2 از واکنش آنیون یا پروتئین رنج می برد و اتمهای دهنده با مولکولهای آب جایگزین می شوند.
بهر حال پایداری کی لیت های شامل دو فاز درونی مولکول های آب شناسایی شده اند.
از جمله آنها، کمپلکس های Gd-HOPO می باشد که این کمپلکسها مبنی بر 4 کربوکسیل آمید و 2 و 3 هیدروکسی پریدنیون و لیگاندهای هفت دندانه که 2 مولکول آب از دست داده اند.
کمپلکسهای Gd-HOPO اجازه جایگزین کردن دو مولکول آب را با لیگاندهای دیگر ندارند.
سیستم دیگری که در این خصوص بسیار مورد توجه است با کمپلکس PCPZA نشان داده می شود (شکل 3) که لیگاندش شامل پیریدین و 2 حلقه بزرگ و 2 استیک و یک متیلن فسفونیک می باشد.
که آسایش حدود 2 برابر بیشتر از مقدار گزارش شده برای CA های مورد استفاده در پزشکی است.
این نتیجه حضور دو مولکول آب که در ناحیه کئوردیناسیون داخلی و سهم یک پیوند پروتونه آب به گروه فسفونات می باشد.
اخیراً یک کی لیت با لیگاند هفت دندانه AAZTA (6 آمینو- 6 متیل پرهیدرو – 4 و 1 دی آزپین تترا استیک اسید) (شکل 3) بوجود آمده است.
AAZTA به آسانی و با بازدهی بالا بدست می آید و مقدار آسایش بالایی در حد 20MHZ و و 298k دارد.
با مبادله سریع مولکولهای آب کئوردینه شده در 298k و یک پایداری ترمودینامیکی بالا در محلول آبی همراه است.
در سیستم های با تبادل سریع دو مولکول آب که آسایش بالایی دارند، طولانی است.
اخیراً کمپلکس جدیدی با لیگاندی شامل 2 و 2 پلی پیریدین با اتصال و پنجره به یون و دو گروه آمینوکربوکسیلات با اتصال به یون گزارش شده است.
(شکل 4) که فرمول آن می باشد دارای آسایش بالا و در 40MHZ و .
انتخاب مناسب کی لیت، پایداری ترمودینامیکی کافی و مبادله سریع تر آب نسبت به عوامل تجاری را تأمین می کند.
افزایش آسایش در حضور زمان جهت گیری طولانی حاصل می شود که این خود از دو طریق حاصل می شود.
1.
تشکیل پیوندکووالانت بین کمپلکس و یک ماکرومولکول 2.
تشکیل محصول افزایش غیرکووالانسی بین کمپلکس و سیستمی که به آرامی در حال جست و خیز کردن است.
تحقیقات گسترده ای روی آلبومین سرم انسان (HAS) انجام شده است.
دستیابی به افزایش آسایش و تمایل اتصال به HAS ، را قادر ساخته تا زمان نگهداری درون رگی زیادی داشته باشد که این یک ویژگی مورد نیاز برای عامل خونی برای آنژیوگرافی MRI می باشند.
برای زمان جهت گیری (30ns) HAS تئوری پیش بینی آسایش پارامغناطیسی، مقدار آسایش بیشتر از مقدار واقعی بدست می دهد.
برای دستیابی به آسایش بالاتر باید از سرعت کم مبادله کی لیت ها خودداری کرد.
مفهوم پاسخ به عوامل تشخیص که یک کاوشگر در محیط می دهد برمی‌گردد که این پارامترهای تشخیصی شامل PH و دما و و فعالیت آنزیم و پتانسیل ردوکس و غلظت یون های ویژه و وزن می باشد و این پارامترها روی کاوشگر تأثیر می گذارند.
مثلاً وابستگی PH در شکل 8 نشان داده شده که در و در می باشد.
در محیط اسیدی تعداد مولکول آب کئوردیه شده برابر 2 ، q=2 و در محیط بازی هیچ مولکول آبی کئوردینه نشده است و یا کی لیت های حساس به پتانسیل ردوکس که یک کاوشگر MRI حساس به پتانسیل ردوکس برای تشخیص کاهش فشار جزئی اکسیژن مفید است.