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Parahydrogen-enhanced pH measurements using [1-13C]bicarbonate derived from non-enzymatic decarboxylation of [1-13C]pyruvate-d3
Analyst ( IF 3.6 ) Pub Date : 2024-08-16 , DOI: 10.1039/d4an00832d Maria Daniela Santi 1, 2 , Theresa Luca Katrin Hune 1, 2 , Gonzalo Gabriel Rodriguez 1, 2 , Lisa M Fries 1, 2 , Ruhuai Mei 1, 2 , Sonja Sternkopf 1, 2 , Josef Elsaßer 1, 2 , Stefan Glöggler 1, 2
Analyst ( IF 3.6 ) Pub Date : 2024-08-16 , DOI: 10.1039/d4an00832d Maria Daniela Santi 1, 2 , Theresa Luca Katrin Hune 1, 2 , Gonzalo Gabriel Rodriguez 1, 2 , Lisa M Fries 1, 2 , Ruhuai Mei 1, 2 , Sonja Sternkopf 1, 2 , Josef Elsaßer 1, 2 , Stefan Glöggler 1, 2
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Alterations in pH are a hallmark in several pathologies including cancer, ischemia, and inflammation. Non-invasive magnetic resonance methods to measure pH offer a new approach for early diagnosis of diseases characterized by acid–base imbalances. The hyperpolarization with parahydrogen-induced polarization (PHIP) enhances inherently low signals in magnetic resonance experiments by several orders of magnitude and offers a suitable platform to obtain biocompatible markers in less than one minute. Here, we present an optimized preparation of an hyperpolarized H13CO3−/13CO2 pH sensor via non-enzymatic decarboxylation with H2O2 of [1-13C]pyruvate-d3 obtained by PHIP at 7 T. An improved 13C polarization of purified [1-13C]pyruvate-d3 in water with 36.65 ± 0.06% polarization was obtained starting from 50 mM precursor. Subsequent decarboxylation, H13CO3−/13CO2 exhibited 12.46 ± 0.01% of polarization at physiological pH, 45 seconds after the reaction start. Considering the dilution factor that [1-13C]pyruvate-d3 exhibits in vivo, we optimized our methodology to test the accuracy of the pH sensor at single digit millimolar concentration. In vitro pH estimations on phantoms and cell culture media demonstrated accurate pH calculations with uncertainties of less than 0.08 units. These promising results highlight the efficiency of a pH sensor generated via PHIP in less than one minute, with remarkable polarization, and biocompatibility suitable for future in vivo studies.
中文翻译：
使用源自 [1-13C] 丙酮酸-d3 非酶脱羧的 [1-13C] 碳酸氢盐进行对氢强化 pH 值测量
pH 值的改变是多种病理的标志，包括癌症、缺血和炎症。用于测量 pH 值的无创磁共振方法为以酸碱失衡为特征的疾病的早期诊断提供了一种新方法。对氢诱导极化 （PHIP） 的超极化将磁共振实验中固有的低信号提高了几个数量级，并提供了一个合适的平台，可以在不到一分钟的时间内获得生物相容性标记物。在这里，我们提出了一种超极化 H13CO3-/13CO2 pH 传感器的优化制备，方法是使用 PHIP 在 7 T 下获得的 [1-13C] 丙酮酸-d 3 的 H2O2 进行非酶脱羧。从 50 mM 前驱体开始，纯化的 [1-13C] 丙酮酸-d 3 在水中以 36.65 ± 0.06% 的极化获得了改进的 13C 极化。随后的脱羧，H13CO3−/13CO2 在生理 pH 值下表现出 12.46 ± 0.01% 的极化，反应开始后 45 秒。考虑到 [1-13C] 丙酮酸-d 3 在体内表现出的稀释因子，我们优化了我们的方法，以测试在个位数毫摩尔浓度下 pH 传感器的准确性。模型和细胞培养基的体外 pH 值估计表明 pH 值计算准确，不确定度小于 0.08 个单位。 这些有希望的结果突出表明，通过 PHIP 生成的 pH 传感器可在不到一分钟的时间内产生效率，具有显著的极化和生物相容性，适用于未来的体内研究。
更新日期：2024-08-16
中文翻译：
使用源自 [1-13C] 丙酮酸-d3 非酶脱羧的 [1-13C] 碳酸氢盐进行对氢强化 pH 值测量
pH 值的改变是多种病理的标志，包括癌症、缺血和炎症。用于测量 pH 值的无创磁共振方法为以酸碱失衡为特征的疾病的早期诊断提供了一种新方法。对氢诱导极化 （PHIP） 的超极化将磁共振实验中固有的低信号提高了几个数量级，并提供了一个合适的平台，可以在不到一分钟的时间内获得生物相容性标记物。在这里，我们提出了一种超极化 H13CO3-/13CO2 pH 传感器的优化制备，方法是使用 PHIP 在 7 T 下获得的 [1-13C] 丙酮酸-d 3 的 H2O2 进行非酶脱羧。从 50 mM 前驱体开始，纯化的 [1-13C] 丙酮酸-d 3 在水中以 36.65 ± 0.06% 的极化获得了改进的 13C 极化。随后的脱羧，H13CO3−/13CO2 在生理 pH 值下表现出 12.46 ± 0.01% 的极化，反应开始后 45 秒。考虑到 [1-13C] 丙酮酸-d 3 在体内表现出的稀释因子，我们优化了我们的方法，以测试在个位数毫摩尔浓度下 pH 传感器的准确性。模型和细胞培养基的体外 pH 值估计表明 pH 值计算准确，不确定度小于 0.08 个单位。 这些有希望的结果突出表明，通过 PHIP 生成的 pH 传感器可在不到一分钟的时间内产生效率，具有显著的极化和生物相容性，适用于未来的体内研究。
京公网安备 11010802027423号