Biomedyczne

zastosowanie
spektroskopii

NMR

• Pierwsze protonowe widmo NMR cząsteczki

białka to 1957r. Było to widmo rybonukleazy

z wieloma nakładającymi się na siebie liniami

w którym rozróżniono wyraźne cztery ich

grupy, które przypisano poszczególnym

aminokwasom.

• W ten sposób wykorzystano po raz pierwszy

spektrometr NMR wysokiej zdolności

rozdzielczej do badań substancji biologicznej

Biomedyczne zastosowanie

Biomedyczne zastosowanie

spektroskopii NMR

spektroskopii NMR

1.

1. Analiza płynów ustrojowych oraz

Analiza płynów ustrojowych oraz
ekstraktów komórek i tkanek

ekstraktów komórek i tkanek

2.

2. Spektroskopia in vivo (Magnetic

Spektroskopia in vivo (Magnetic

2.

2. Spektroskopia in vivo (Magnetic

Spektroskopia in vivo (Magnetic
Resonance Spectroscopy

Resonance Spectroscopy –

– MRS)

MRS)

W celu wybrania właściwego elementu objętości,

W celu wybrania właściwego elementu objętości,

w której ma nastąpić selektywne wzbudzenie

w której ma nastąpić selektywne wzbudzenie
spinów, stosuje się solenoidy powierzchniowe lub

spinów, stosuje się solenoidy powierzchniowe lub
definiuje się obj. Za pomocą 3 prostopadłych

definiuje się obj. Za pomocą 3 prostopadłych
gradientów pola.

gradientów pola.

•• Główna zaleta tej metody jej

Główna zaleta tej metody jej nieinwazyjność

nieinwazyjność

•• pozwala na wykonywanie pomiarów bez uszkodzeń

pozwala na wykonywanie pomiarów bez uszkodzeń
nawet bardzo delikatnej próbki biologicznej

nawet bardzo delikatnej próbki biologicznej

•• badania procesów relaksacji dostarczają cennych

badania procesów relaksacji dostarczają cennych
informacji o strukturze i dynamice molekularnej.

informacji o strukturze i dynamice molekularnej.

informacji o strukturze i dynamice molekularnej.

informacji o strukturze i dynamice molekularnej.

•• badania zmian struktury molekuł biologicznych

badania zmian struktury molekuł biologicznych

(białka, kwasy nukleinowe, polisacharydy), małych

(białka, kwasy nukleinowe, polisacharydy), małych

układów komórek i tkanek

układów komórek i tkanek

•• nie pozwala jednak na jednoznaczne rozpoznanie

nie pozwala jednak na jednoznaczne rozpoznanie

choroby onkologicznej

choroby onkologicznej

Rezonans

Rezonans fosforowy

31

P

•• zakres przesunięć chemicznych od

zakres przesunięć chemicznych od
230 do

230 do –

–200 ppm

200 ppm

•• wysoka czułość detekcji

wysoka czułość detekcji

•• wysoka czułość detekcji

wysoka czułość detekcji

•• pomiar pH

pomiar pH in vivo

in vivo

•• ocena wewnątrzkomórkowego

ocena wewnątrzkomórkowego
stężenia poziomu jonów magnezu

stężenia poziomu jonów magnezu

Rezonans

Rezonans fosforowy

31

P

charakterystyczne widmo z liniami:

charakterystyczne widmo z liniami:

-- ATP (ADP)

ATP (ADP)

-- fosfokreatyny (PCr)

fosfokreatyny (PCr)

-- fosfokreatyny (PCr)

fosfokreatyny (PCr)

-- fosforu nieorganicznego (P

fosforu nieorganicznego (P

ii

))

-- fosfoestrów (PME i PDE)

fosfoestrów (PME i PDE)

-- glicerylofosfocholiny GPC

glicerylofosfocholiny GPC

-- glicerylofosfoetanolaminy GPE

glicerylofosfoetanolaminy GPE

Rezonans

Rezonans fosforowy

31

P

• Badanie metabolizmu komórkowego,

fizjologii i patologii mięśni

widmo fosforowe mięśnia

– gwałtowny spadek ilości fosfokreatyny przy wzroście

ilości fosforanów oznacza

stan poprzedzający zawał

– wzrost pH zamiast jego spadku przy beztlenowej

pracy mięśnia (brak fosforylazy i produktu jej reakcji
– kw. mlekowego), gwałtowny spadek stężenia
fosfokreatyny oznacza

syndrom McArdleya

Rezonans

Rezonans fosforowy

31

P

–

pojawienie się sygnałów rezonansowych w widmie

pochodzących m.in. od: fosfomonoestru (PME),
dwuestru fosforanowego (PDE) – produkty
degradacji fosfatydylocholiny i
fosfatydyloetanoloaminy powstające w wyniku

fosfatydyloetanoloaminy powstające w wyniku
przyśpieszonego metabolizmu fosfolipidów –
wskazuje na

stan nowotworowy

stan nowotworowy

- wzrost PME w 50% przypadków

raka okrężnicy

raka okrężnicy

- wzrost PME w 75% przypadków

raka piersi

raka piersi

- wzrost AMP, spadek fosfokreatyny –

nowotwór

nowotwór

mózgu

mózgu