Enzimle aktive olan MR kontrast ajanları - Enzyme-activated MR contrast agents - Wikipedia

Moleküler görüntüleme genel olarak moleküler ve hücresel süreçlerin makro veya mikroskobik düzeyde görselleştirilmesi olarak tanımlanır. Yüksek uzaysal çözünürlüğü ve iç organları noninvaziv olarak görselleştirme yeteneği nedeniyle, manyetik rezonans (MR) görüntülemenin aşağıdakiler için ideal bir platform olduğuna inanılıyor in vivo moleküler görüntüleme.[1] Bu nedenle moleküler olayları tespit edebilen MR kontrast ajanları aktif bir araştırma alanıdır.[2] Belirli bir vaatte bulunan bir grup bileşik: enzimle aktive olan MR kontrast ajanları.

Enzimle aktive olan MR kontrast ajanları, belirli bir aktif formun varlığında görüntü yoğunluğunda saptanabilir bir değişikliğe neden olan bileşiklerdir. enzim. Bu onları aşağıdakiler için yararlı kılar in vivo enzim aktivitesi tahlilleri. Sadece anatomik bilgi veren güncel, klinik MR kontrast ajanlarından ayırt edilirler,[3] sulu gibi gadolinyum moleküler süreçleri görünür kılma yetenekleriyle bileşikler. Enzimle aktive edilen kontrast maddeler, moleküler görüntüleme için güçlü araçlardır. Bugüne kadar, β-galaktosidaz Diğer enzimlerin kontrast maddelerini aktif hale getirmek için kullanılamaması için teorik bir neden olmamasına rağmen, literatürde en çok dikkati çekmişlerdir. Ayrıca Ca gibi enzim aktivasyonu dışındaki mekanizmalar2+-bağımlı aktivasyon, teorik olarak kullanılabilir.[2]

Genel olarak, enzimle aktive olan maddeler, paramanyetik metal iyonu içerir ve T1 veya T2 Yakındaki su molekülleri için gevşeme süreleri. Bununla birlikte, metal iyonları, enzimle katalize edilen bir reaksiyon gerçekleşene kadar suyla etkileşime giremez. Sterik engelleme veya diğer iyonlarla koordinasyon, enzimatik reaksiyondan önce suyun paramanyetik merkeze erişmesini engeller.[4]

Β-galaktosidaz ile aktive olan kontrast ajanların yapısı

Α-galaktosidaz ile aktive olan MR kontrast ajanlarının α serisi. Bölünmeden önce şeker, suyun gadolinyum iyonuna erişimini engeller. Aktif enzim şekeri parçalayarak suyun paramanyetik merkezle etkileşime girmesine izin verir.

İki farklı β-galaktosidaz ile aktive olan kontrast madde rapor edilmiştir. Her ikisi de bir tetraazamakrosikle ile kompleks oluşturulmuş bir Gd (III) iyonundan oluşur. N-10 pozisyonunda, iki karbonlu bir zincir gadolinyum-tertaazamakrosikl kompleksini bir galaktoz molekülüne bağlar. Galaktoz, komplekse C-1 konumunda bir β-glikosidik bağ ile bağlanır.[4]

Kontrast maddesinin iki formu, yalnızca tek bir metil grubunun konumunda farklılık gösterir. Α serisi olarak bilinen birinci sınıf, karbona bağlı bir metil grubuna sahiptir, bu da tetraazamakrosikle α'dır. -Serisi adı verilen diğer sınıf, tetraazamakrosikle göre β karbona bağlı bir metile sahiptir. Bu metil grubunun pozisyonu, ajanın yapısı için önemlidir ve dolayısıyla aktif olmayan bileşiğin Gd (III) iyonunu suyla etkileşime girmesini önleme mekanizmasını belirler. Α-serisi, şekerin doğrudan paramanyetik merkezin üzerinde uzandığı ve böylece suyun gadolinyum'a erişimini sterik olarak yasakladığı bir konformasyonu benimser. Β-serisi ise, su ile birlikte koordine ederek gadolinyumdan suyu engeller. karbonat iyon. Metil içeren karbonun stereokimyasal oryantasyonunun, enzimle katalize edilen bölünmeyi veya şekerin gadolinyum iyonundan suyu dışlama kabiliyetini etkilediğine dair hiçbir kanıt yoktur.[4]

Çalışmalar, α serisinin, bölünmeden önce suyu paramanyetik merkezden bloke etmede çok daha etkili olduğunu göstermiştir.[4] Bir karbonat iyonu ile koordine olma ihtiyacı ve β serisine özgü düşük sinyal bastırma seviyesi, α serisini araştırma ve klinik tıpta kullanım için daha iyi bir aday haline getirir.

Aktivasyon mekanizması

Kontrast maddesini aktive eden β-galaktosidaz ile katalize edilen reaksiyon.

Aktif β-galaktosidazın bulunduğu bir dokuda şeker, bileşiğin geri kalanından ayrılacaktır. Bu, suyun paramanyetik merkeze erişmesine izin verir ve çevredeki su moleküllerinin manyetik gevşeme özelliklerinin değişmesine neden olur. Gevşeme sürelerindeki bu değişiklik, sırayla, MR taramalarından elde edilen doku görüntülerinin sinyal yoğunluğunu gözle görülür şekilde değiştirecektir.

Mekanizma, diğer tüm p-galaktosidaz katalizli klevajlarla aynı şekilde ilerler. karboksil grubu bir glutamik asit enzim içindeki yan zincir, bir asit katalizörü olarak işlev görür ve parçalanmayı hızlandırır. glikosidik bağ şekerde C-1 konumunda. Bu bölünme, suyun paramanyetik merkeze erişmesini sağlar. Enzimle katalize edilen reaksiyonun sonucu, serbest bir galaktoz molekülü ve aktive edilmiş bir kontrast maddesidir.

Kullanımlar

Bu teknolojinin hem araştırma hem de klinik tıpta bariz potansiyel kullanımları vardır.

Basit Araştırma

Bir araştırma bağlamında,-galaktosidaz ile aktive olan MR kontrast ajanlarının α serisi, hücrelerin gelişimini ve gen ekspresyonunu görselleştirmek için kullanılmıştır. Xenopus laevis embriyo.[5] Araştırmacılar, maddeyi iki hücreli aşamalı bir embriyonun her iki hücresine de enjekte ettiler ve ardından hücrelerden sadece birine mRNA enzim için. Bir büyüme döneminin ardından, yalnızca hem enzim hem de kontrast madde enjekte edilmiş olan ana hücreden türetilen hücrelerde sinyal artışını açıkça gösteren embriyonun MR görüntülerini elde ettiler.

Bu çalışma tüm vücudun değerini ortaya koyuyor, in vivo temel araştırmalar için moleküler görüntüleme yöntemleri. Bu tür teknikler, bilim adamlarının bir organizma boyunca gen aktivitesini ve enzim işlevini test etmesine izin verir. Buna karşılık, birçok mevcut tahlil (örneğin sabitleme üzerindeki hücrelerin parafin mumu bunu takiben İmmün boyama ) bir seferde yalnızca birkaç hücrenin analizine izin verir. Bu yöntemler hücreleri öldürür, böylece zaman serisi çalışmalarını zorlaştırır. Ayrıca, araştırmacının hücreleri elde etmeden önce ilgilenilen bir dokuyu belirlemesini gerektirir.

Tüm vücut moleküler görüntüleme yöntemlerinin yükselişi, bilim adamlarının bir organizmada bir enzimin hücrelere zarar vermeden nerede aktif olduğunu görmelerine izin verebilir; görüntüleme, gen ekspresyonundaki veya enzim aktivitesindeki değişiklikleri izlemek için birçok zaman noktasında tekrarlanabilir. Benzer teknikler, araştırma yapan araştırmacılardan büyük ilgi gördü kanser[3] ve kalp-damar hastalığı.[6]

Klinik ilaç

Bir enzimin aktif formunu belirli bir zamanda içeren dokuları tespit etme yeteneği tıpta açık bir değere sahiptir. Yalnızca aktif enzimlerin mevcudiyetinde güçlendirme sağlayan özel kontrast maddeler, doktorların çok çeşitli enzimatik hastalıklar için kesin ve noninvaziv olarak tahlil yapmasına izin verebilir. fruktoz bifosfataz eksikliği. Bununla birlikte, bu tür teşhis araçları, ilgilenilen enzime özgü kontrast ajanlarının geliştirilmesini gerektirecek ve ajanların hücrelere verilmesi için yöntemlerin geliştirilmesini gerektirecektir (aşağıdaki "Sınırlamalar" a bakınız).

Sınırlamalar

Kontrast ajanı şeker grubunun bölünmesiyle aktive edildiğinde, sinyal güçlendirici etkiler yalnızca gadolinyum onu ​​içeren bölmeden yıkandığında veya suyun metal gruba erişimi tekrar engellendiğinde azalacaktır. Bu nedenle, MR sinyalinin kalıcı olarak artmasını önlemek için, hücrelerin gadolinyum grubunu kan dolaşımına ihraç etmenin bir yolu olması veya yarılmış şeker grubunu değiştirebilmeleri gerekir. Literatürde her iki yaklaşımın da uygulanabilir olduğunu gösteren veri yoktur. in vivo, bu yöntemlerin kalıcı sinyal amplifikasyonuyla sonuçlanabileceğini düşündürmektedir.

Diğer bir zorluk, kontrast ajanlarının hedef hücrelere iletilmesidir. Açıklayan tek belgede in vivo enzimle aktive olan MR kontrast ajanlarının kullanımı, ajan embriyonik hücrelere bir mikropipet. Ancak makalenin yazarları, bunun pek çok araştırma projesi için uygun bir yaklaşım olmadığını kabul ediyor.[5] ve klinik kullanıma açık bir engel teşkil etmektedir. Kontrast maddelerini yüklemek için hücrenin yerel ithalat makinesini kullanma konusunda aktif araştırmalar var.[7]

Referanslar

  1. ^ Rodriguez I, Perez-Rial S, Gonzalez-Jiminez J, ve diğerleri, Manyetik Rezonans Yöntemleri ve Farmasötik Araştırmada Uygulamaları. J Pharma Sci, 28 Ocak 2008 (Baskıdan önce e-yayın)
  2. ^ a b Meade TJ, Taylor AK ve Bull SR, Biyokimyasal haberciler olarak yeni manyetik rezonans kontrast ajanları. Curr Opin Neurobiol 13, sayfa 597-602.
  3. ^ a b Welssleder R ve Umar M, Molecular Imaging. Radiology 219, s. 316-333.
  4. ^ a b c d Urbanczyk-Pearson LM, Femia FJ, Smith J, ve diğerleri, β-Galaktosidaz ile Aktifleştirilmiş MR Kontrast Ajanlarının Mekanistik Araştırması. Inorg Chem 48, s. 56-68
  5. ^ a b Louie AY, Huber MM, Ahrens ET, et al., Manyetik rezonans görüntüleme kullanılarak gen ifadesinin in vivo görselleştirilmesi. Nature Biotech 18, s. 321-25
  6. ^ Aikawa E, Nahrendorf M, Figueiredo JL ve diğerleri, Osteogenesis, in vivo moleküler görüntüleme ile değerlendirilen erken evre aterosklerozda iltihaplanma ile ilişkilidir. Circulation 116, s. 2841-50.
  7. ^ Kayyem JF, Kumar RM, Fraser SE, ve diğerleri, Reseptör hedefli birlikte taşıma DNA ve manyetik rezonans kontrast maddeleri. Chem & Biol 2, s. 615-20