Para-hydrogen induced polarization of 13C labeled TCA cycle metabolite precursors

13C 标记的 TCA 循环代谢物前体的仲氢诱导极化

基本信息

  • 批准号:
    10434648
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 24.6万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2021
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2021-08-01 至 2024-05-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Abstract In vivo 13C MRS/MRI offers the unique opportunity to observe various metabolic processes in real time as they happen when enabled by a hyperpolarization technique. The most common technique for hyperpolarization is dissolution Dynamic Nuclear Polarization (DNP). DNP works by enhancing the NMR signal via the microwave- driven polarization transfer from electrons to target nuclei. While dissolution DNP-NMR can produce dramatically enhanced liquid state NMR signals, it has severe limitations including expensive hardware, the need for a free radical polarizing agent, extended polarization build-up time at cryogenic temperatures and batch-wise operation. An alternative technique for 13C hyperpolarization is para-hydrogen induced polarization (PHIP), which involves the chemical addition of para-hydrogen (hydrogen gas enriched in the para spin isomer) to unsaturated substrates followed by the conversion of the singlet spin order of the para-H2 into 13C spin polarization by magnetic field cycling. Although PHIP requires specific chemistry, the advantages of PHIP over DNP make this technique very appealing: it is far less expensive, faster and capable of the large-scale production of hyperpolarized samples, potentially in a continuous flow manner. In this exploratory project we will develop innovative chemistries (13C-enriched, unsaturated precursors to important metabolites and novel catalyst systems) that will significantly widen the scope of PHIP for 13C metabolic studies. The goal of Aim 1 is the synthesis and PHIP of 13C-labeled, unsaturated precursors to 2-ketoglutarate, an important intermediate of the TCA cycle. In Aim 2, we will explore the PHIP of O-acetylated enol derivatives of 13C labeled pyruvate and oxaloacetate. Catalytic hydrogenation of these intermediates will yield lactate and malate derivatives. A major goal of this aim will be the development of chiral catalyst systems that would preferentially afford the natural L- form of these important metabolites.
抽象的 In Vivo 13C MRS/MRI提供了独特的机会,可以实时观察各种代谢过程 通过超极化技术启用时发生。超极化最常见的技术是 溶解动态核极化(DNP)。 DNP通过微波炉增强NMR信号的工作原理 从电子到靶核的驱动极化转移。溶解DNP-NMR可以急剧产生 增强的液态NMR信号,它具有严重的限制,包括昂贵的硬件,需要免费的 激进的偏振剂,在低温温度下扩展极化时间和批处理操作。 13C超极化的另一种技术是para-Hydragen诱导的极化(PHIP),涉及 化学添加para-氢气(富含Para旋转异构体中的氢气)至不饱和 底物随后通过para-h2的单线自旋顺序转化为13c旋转极化 磁场循环。尽管PHIP需要特定的化学反应,但PHIP比DNP的优点使得 技术非常吸引人:它的价格要便宜得多,更快且能够大规模生产 超极化样品,有可能以连续的流动方式。在这个探索性项目中,我们将开发 创新化学(13C富集的,不饱和的前体,重要的代谢物和新型催化剂 系统)将显着扩大PHIP的范围,以进行13C代谢研究。目标1的目标是 13C标记的不饱和前体的合成和pHIP与2-酮戊二酸酯,这是一个重要的中间体 TCA周期。在AIM 2中,我们将探索13C标记的丙酮酸和丙烯酸烯醇衍生物的PHIP 草乙酸。这些中间体的催化氢化将产生乳酸和苹果酸衍生物。专业 这个目标的目标是发展手性催化剂系统,这些系统优先提供天然L- 这些重要代谢物的形式。

项目成果

期刊论文数量(2)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
How the Chemical Properties of GBCAs Influence Their Safety Profiles In Vivo.
  • DOI:
    10.3390/molecules27010058
  • 发表时间:
    2021-12-23
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Do QN;Lenkinski RE;Tircso G;Kovacs Z
  • 通讯作者:
    Kovacs Z
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