Эффективные методы спиновой поляризации гетероядер под воздействием переключаемых статических и осциллирующих магнитных полей с использованием параводорода

Спектроскопия ЯМР с использованием метода создания ядерной спиновой гиперполяризации, известного как SABRE (Signal Amplification By Reversible Exchange), представляет собой передовую технологию, которая значительно улучшает чувствительность этого метода. Гиперполяризация позволяет значительно увеличить сигнал ЯМР для различных ядер, таких как 13C, 15N, 31P, 77Se и другие, что существенно расширяет возможности исследований в химии, биологии и медицине. Метод SABRE (рис. 1 файла) основан на способности специальных каталитических комплексов передавать спиновую поляризацию от параводорода на спины ядер целевых молекул. Этот процесс происходит в ультраслабых магнитных полях (менее 1 мкТл) и позволяет достигать высоких уровней поляризации (> 10 %) для целевых ядер. Однако, применение SABRE также исследуется в слабых статических магнитных полях (от 50 мкТл до 0.1 Тл), где метод также демонстрирует высокий потенциал увеличения уровней поляризации в сравнении с сильными полями. Целью проекта является не только увеличение уровней гиперполяризации для биомедицинских исследований, но и изучение магнитополевых эффектов, влияющих на спиновую релаксацию водных растворов субстратов при различных значениях pH. В рамках настоящего проекта разрабатываются и совершенствуются методы гиперполяризации ядерных спинов с использованием современных методов ЯМР и уникальных экспериментальных установок. Основные направления исследований включают разработку и оптимизацию методов переноса поляризации SABRE и ИППЯ, а также применение осциллирующих магнитных полей для улучшения эффективности процессов гиперполяризации в слабых магнитных полях. Исследования будут проведены с использованием различных биологически важных молекул (рис. 3 файла), таких как 15N2-имидазол, 15N-α-амино-3-гидрокси-5-метил-4-изоксазолпропионовая кислота (AMPA) и 15N- метилселенадиазолопиридиниум хлорид (SDAP), с целью создания потенциальных МРТ-агентов и антибактериальных препаратов. Также в рамках проекта запланированы численные расчеты спиновой динамики и разработка новых импульсных последовательностей магнитного поля для оптимизации процессов гиперполяризации спинов гетероядер под воздействием переключаемых статических и осциллирующих магнитных полей с использованием параводорода. Исполнители имеют значительный опыт в эффективном получении гиперполяризованных соединений различными методами, включая использование параводорода. Коллектив активно занимается разработкой методов переноса поляризации в методах ИППЯ и SABRE, а также оптимизацией релаксационных условий для эффективного сохранения ядерной поляризации. Члены коллектива провели пионерские теоретические и экспериментальные исследования, включая создание теории переноса поляризации SABRE как спонтанного так и индуцированного осциллирующим магнитным полем. Ими были разработаны прикладные программы для численного моделирования спиновой динамики и созданы уникальные установки для барботирования образцов параводородом в ЯМР-ампуле и регистрации ЯМР высокого разрешения с переключением поля. В проекте планируется решить следующие задачи: -Разработать метод SABRE для эффективного переноса поляризации с параводорода на гетероядра со спином ½ в широком диапазоне магнитных полей. Повысить эффективность гиперполяризации за счет оптимизации параметров магнитного поля: частоты, профиля огибающей и амплитуды осциллирующих и статических магнитных полей. -Оптимизировать SABRE в водных растворах для биологических приложений. Подобрать оптимальные условия: магнитное поле, pH раствора, температура, концентрации ко-субстратов и давление параводорода. -Определить условия для длительного сохранения спиновой поляризации гетероядер. Изучить зависимость времени спиновой релаксации от магнитного поля (10 нТл-9.4 Тл) и pH раствора. -Создать дизайн модульного устройства ИППЯ-поляризатора для биологических исследований, что позволит получить гиперполяризованные биомолекулы в водных растворах