Transcript seminar 3. letnik fulereni kot kontrastno sredstvo pri mri

Univerza v Ljubljani
Fakulteta za matematiko in fiziko
SEMINAR 3. LETNIK
FULERENI KOT KONTRASTNO
SREDSTVO PRI MRI
Tinka Trop
Mentor: prof. dr. Janez Dolinšek
Ljubljana, marec 2012
UVOD
•
•
•
•
•
Slikanje z NMR
Kontrastna sredstva
Paramagnetni ioni in njihov vpliv
Kontrastna sredstva prisotna na tržišču
Fulereni kot možno kontrastno sredstvo
NMR
-
temelji na interakciji med magnetnimi momenti jeder atomov s statičnim poljem
ter z elektromagnetnim poljem, ki niha z Larmorjevo frekvenco jeder:
-
Energija jeder s spinom v magnetnem polju je odvisna od orientacije.
Pri zasuku smeri magnetnega polja na jedra deluje navor. Posledica spina je, da se
pri tem spremeni le os vrtenja.
Longitudinalna relaksacija
-
Transverzalna relaksacija
SLIKANJE Z NMR
Temelji na uporabi gradientov magnetnega polja.
Precesijska frekvenca jeder postane krajevno odvisna.
Če vzorec vzbujamo s signalom v katerem so enakomerno zastopane vse
frekvence, se jedra odzovejo s karakteristično frekvenco v odvisnosti od
oddaljenosti. Iz signala, sestavljenega iz množice frekvenc, s pomočjo
Fourierove transformacije dobimo porazdelitev signala po pasovih. Iz 1D slik
lahko rekonstruiramo 2D sliko.
SLIKANJE V MEDICINI
-
Neinvazivna diagnostična tehnika.
Slika podaja osnovno informacijo o gostoti jeder vodika in njihovi dinamiki.
Slikovni signal izvira iz mehkih tkiv.
Prostorska ločljivost reda μm.
IZBOLJŠANJE KAKOVOSTI SLIKE
i.) višanje jakosti magnetnega polja
ii.) razvoj na področju računalniške obdelave
podatkov
iii.) kontrastna sredstva
KONTRASTNA SREDSTVA
•
•
Splošna delitev:
POZITIVNA: povečanje signala s skrajšanjem T1 v neposredni bližini kontrastnega
sredstva.
NEGATIVNA: zadušijo signal s skrajšanjem T2.
Zaradi biološke uporabe je pri razvoju potrebno upoštevati stranske učinke, čas in
pot izločanja iz telesa, morebitno toksičnost, topnost, velikost molekul, odpornost,
stabilnost, razmerje med kontrastom in količino uporabljenega sredstva.
•
•
•
Potencialne komponente:
PARAMAGNETNI KOVINSKI KOMPLEKSI
SUPERPARAMAGNETNI MATERIALI
STABILNI PROSTI RADIKALI.
PARAMAGNETNI IONI
-
Stalen magnetni moment je posledica spinov neparnih elektronov.
Močen magnetni moment pri atomih, ki imajo elektrone na d ali f lupini.
Največje magnetne momente najdemo med Lantanidi:
VPLIV PARAMAGNETNIH IONOV NA PROTONE
Skrajšanje relaksacijskih časov protonov. Učinek podajamo kot relaksacijsko razmerje
R, ki pove vrednost 1/Ti pri količini kontrastnega sredstva na kg človeške teže.
Relaksacijski čas je posledica 4ih prispevkov:
- diamagnetnega
- dipolarnega - rezultat sklopitve spinov
- kontaktnega - posledica vezi
- Curiejevega – posledica termičnega gibanja
τM - povprečen čas, ki ga H2O preživi na tem mestu.
Čas rotacije.
Relaksacijski čas elektronov.
GADOLINIJ
-
Magnetni moment: 7,94µB.
Elektronska konfiguracija: [Xe] 4f7 5d1 6s2.
Trivalentni ion Gd3+ (8S7/2).
7 neparnih elektronov.
Tc=20°C.
Razpolovna doba t1/2= (240±10)dni.
Visoka absorpcija nevtronov.
Tie je 4 do 5 krat daljši kot elektronski relaksacijski
čas drugih paramagnetnih Ln.
V obliki vodotopne snovi zelo strupen za sesalce.
Alergijske reakcije zelo redke.
KELATI
-
Topne kompleksno zgrajene molekule z osrednjem kovinskim ionom.
Ligandi organske spojine.
Prosto eno koordinacijsko mesto.
Gd-DTPA
- Prvi intravenozni kontrast.
- R1=3,8(mMs)-1 z dozo 0,1mmol/kg
- Dobro topen v polarnem topilu.
- 90% se ga izloči skozi ledvice.
- Vpliv na proton:
-
τR=10-10s.
Na tržišču prisotni:
Klinična uporaba vseh oblik Gd spojin je
pokazala v 2-8% toksično reakcijo imenovano
nefrogena sistemska fibroza. To je razlog za
iskanje drugih kontrastnih sredstev.
FULERENI
-
Alotropska modifikacija ogljika C2n.
Zaprta kletka sferične oblike.
Piramidalna koordinacija ogljikov.
PRIPRAVA
LASERSKO UPARJANJE
ARC METODA
ARC METODA
ENDOHEDRALNI METALOFULERENI
Če pri arc-metodi uporabimo izvotljene grafitne elektrode napolnjene z mešanico
M-Ni ali M2O3, dobimo saje z različnim deležem praznih in s kovinskim ionom
napolnjenih fulerenov. M je lahko prehodna kovina, Lantanid ali zemljoalkalijska
kovina.
Oznaka M@C2n.
LASTNOSTI
Struktura v notranjosti ni enolična. Ln atom ni lociran v središču kletke in ne tvori
vezi s kletko.
Fulereni so topni le v nepolarnih topilih.
So pa dovzetni za organsko sintezo
z (OH)n in (C(COOH)2)n
FULERENI KOT KONTRASTNO SREDSTVO
- Relaksacijsko razmerje 7 do 70 krat večje od snovi prisotnih na tržišču
( v laboratorijskih pogojih) .
- Izjemno trdna kletka onemogoča strupenemu ionu, da bi se izločil v telo.
- Ne kopičijo se nikjer v tkivu in se hitro izločijo iz telesa.
-Pridobivanje je precej zapleten postopek.
- Fulereni so večji od koordinatnih spojin, zato je učinek (v biološkem topilu)
paramagnetnega iona na protone manjši.
ZAKLJUČEK
Osnovno oviro pri uporabi fulerenov in njihovih derivatov v tržne namene predstavlja
zahteven postopek pridobivanja pri katerem lahko sintetiziramo manjše količine
slabo obstojnih spojin. Večinski delež raziskav in razvoja kontrastnih sredstev je tako
usmerjen na področje izboljšave obstoječih koordinatnih kompleksov.