Singulett‐Kontrast‐Magnetresonanztomographie: Freisetzung der Hyperpolarisation durch den Metabolismus

Hyperpolarisationsverstärkte Magnetresonanztomographie kann zur Untersuchung biomolekularer Prozesse im Körper verwendet werden, erfordert aber die Verwendung von Hetero‐Kernen wie 13C, 15N oder 129Xe. Hier stellen wir eine neue Art der Hyperpolarisierten Protonen Bildgebung vor, bei der die hyperpolarisierte Spinordnung in einem nicht magnetischen und langlebigen korrelierten (Singulett‐) Zustand eingeschlossen ist und nur durch eine spezifische biochemische Reaktion für die Bildgebung freigesetzt wird. In dieser Arbeit erzeugen wir hyperpolarisiertes Fumarat durch chemische Reaktion eines Eduktes mit para‐angereichertem Wasserstoffgas. Der Singulettzustand der Fumarat Protonen wird als Antiphasen‐NMR‐Signale durch enzymatische Umwandlung zu Malat in D2O freigesetzt. Anhand dieses Modellsystems zeigen wir zwei Pulssequenzen, um die NMR‐Signale für die Bildgebung zu rephasieren und die Hintergrundsignale von Wasser zu unterdrücken. Die hier vorgestellte hyperpolarisationsverstärkte Protonen Bildgebungstechnik ermöglicht eine hyperpolarisierte Bildgebung, ohne dass hierfür Hetero‐Kerne mit ihrer niedrigen natürlichen Häufigkeit und geringen Empfindlichkeit benötigt werden. Der durch Hydrierung mit Parawasserstoff erzeugte 1H‐Singulettzustand von Fumarate wird durch enzymatische Konversion in Malat umgewandelt, was die hyperpolarisierten NMR‐Signale freisetzt. Wir demonstrieren zwei „Out‐of‐Phase Echo“ Pulssequenzen die den I1zI2z Zustand in 1H‐Nettomagnetisierung umwandeln und zeigen die Anwendung in der hyperpolarisierten 1H‐Bildgebung.