Cerebral Metabolic Flux Mapping Using Oxygen 17 NMR

使用氧 17 NMR 绘制脑代谢通量图

基本信息

  • 批准号:
    7826822
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 42.97万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2009
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2009-05-01 至 2011-10-30
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Oxygen is one of the most abundant elements and is present in almost all biologically relevant molecules. In the past the NMR active isotope 17O has received little attention, due to short relaxation times and low sensitivity. However, with the availability of higher magnetic field strengths, the use of 17O-enriched substrates and the favorable T2 */T1 ratio, any sensitivity concerns are quickly overcome, allowing the acquisition of 3D MRSI data in the span of seconds. Furthermore, the wide chemical shift dispersion allows the detection of a wide range of metabolites. Here we propose to develop 17O NMR in combination with 17O-enriched substrate infusion into a fast, sensitive and robust method to spatially map metabolic fluxes in the rat brain in vivo. Metabolism of 17O-glucose enriched in the 1, 2 or 3 positions gives information on glycolytic, tricarboxylic acid cycle or pyruvate dehydrogenase activity, respectively. Astroglial metabolism and pyruvate carboxylase activity can be assessed with 17O-enriched acetate and bicarbonate. The 17O turnover characteristics of each substrate can be described by a metabolic model, some of which require additional inputs such as recirculated 17O-labeled water from other organs. Here we will develop the methods to measure all required inputs in order to reliably obtain the desired metabolic fluxes. Following the optimization of 17O substrate synthesis, the characteristics of 17O NMR and 17O label dynamics will be studied in vitro. The established 1H-[13C]-NMR technique in combination with 13C-labeled glucose and 2-deoxyglucose infusions will be used to validate the 17O-based cerebral metabolic fluxes through the tricarboxylic acid cycle and glycolysis, respectively, in the rat brain in vivo at 11.7 T.
氧是最丰富的元素之一,几乎存在于所有生物相关分子中。在 过去,核磁共振活性同位素 17O 很少受到关注,因为弛豫时间短且低 敏感性。然而,随着更高磁场强度的出现,使用富含 17O 的基质 以及有利的T2 */T1 比率,快速克服任何灵敏度问题,允许采集 3D 几秒内的 MRSI 数据。此外,广泛的化学位移色散允许检测 代谢物范围广泛。在这里,我们建议结合 17O 富集底物来开发 17O NMR 注入一种快速、灵敏且稳健的方法,以在体内绘制大鼠大脑代谢通量的空间图。 1、2 或 3 位富集的 17O-葡萄糖的代谢提供了有关糖酵解、三羧酸的信息 分别是循环或丙酮酸脱氢酶活性。星形胶质细胞代谢和丙酮酸羧化酶活性 可以用富含 17O 的乙酸盐和碳酸氢盐进行评估。各 17O 周转特征 底物可以通过代谢模型来描述,其中一些需要额外的输入,例如再循环 来自其他器官的 17O 标记水。在这里,我们将开发测量所有所需输入的方法,以便 可靠地获得所需的代谢通量。经过 17O 底物合成的优化, 17O NMR 和 17O 标记动力学的特征将在体外进行研究。建立的1H-[13C]-NMR 技术与 13C 标记的葡萄糖和 2-脱氧葡萄糖输注相结合将用于验证 大鼠中分别通过三羧酸循环和糖酵解的基于 17O 的脑代谢通量 体内大脑 11.7 T。

项目成果

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