魔术慢速核磁共振技术揭示了隐藏的生物学

华盛顿州里奇兰 - 这个故事毫不掩饰地旋转着。角度是什么?为什么，魔术。它的主题 - 一个装在形状上的有机玻璃管中的鼠标 - 表现出荣誉，就像旧的留声机唱片一样旋转，每秒悠悠一到三转。鼠标室倾斜，因此在磁场内部被无线电波击中。这个小小的啮齿动物冒险家和她的同伙被放下，并没有更糟糕的磨损。

反过来，这种技术称为慢速魔角旋转磁共振光谱，或简称为“慢速MAS”，为研究人员提供了其他生物医学成像方法无法呈现的生物组织和细胞内的新一瞥。传统的核磁共振或核磁共振和缓慢的MAS之间的区别类似于近视的人在没有他的眼镜的情况下观看山脉并且下一次戴眼镜。一旦出现难以区分的峰和谷，这种情况下的峰代表了生物组织中出现的先前未见过的生化化合物。

“这是一种非侵入性的方式，可以看到活体器官的功能及其中的成分，如脂肪，葡萄糖和其他代谢物，”能源部太平洋西北国家实验室的物理学家和实验室研究员Robert Wind表示， - 旋转技术发明者。“我们认为这种新技术可用于诊断疾病，评估机体对药物的反应，甚至可以观察活细胞的工作生理学。”

今天，在丹麦哥本哈根举行的第七届食品科学核磁共振应用国际会议(http://www.models.kvl.dk/NMRinFood/)上，Wind描述了显示缓慢的MAS研究新陈代谢潜力的技术和实验。在肌肉和器官中。在这种情况下，他的旋转主题是原始的(并且非常死的)兔子肉。他还采取了无实体的小鼠肝脏和大脑，以便在磁铁周围缓慢旋转，在组织中显示的化学光谱高达固定核磁共振分辨率的10倍。

但是，这种方法最有希望的是生命组织，Wind说，因为没有好的方法可以看到身体许多区域发生了什么，特别是在器官和组织的边界以及骨骼或气腔等肺和鼻窦。在这里，核磁共振中使用的大磁铁会产生很小的磁场，使谱线变宽，以至于丢失了有关细节的信息。

Wind的慢旋技术可以从这些边界区域生成详细的光谱，利用了核磁共振的一个怪癖。当样品在强磁场中摇晃时，NMR基于样品原子核的频率产生样品中化合物的光谱特征。半个多世纪以前，核磁共振先驱注意到，如果他们以54.7度的角度旋转样品，他们可以获得更好的光谱分辨率。他们以这种所谓的魔角定向样品的速度越快，它们获得的结构细节就越多。

“这是非常快速的旋转，超级离心机，每秒数千转，”Wind说。“如果你尝试使用完整的组织或活体动物，你就会炸掉你的生物样本并杀死这个主题。”

但是，如果你可以减慢旋转速度，以便活动物能够承受离心力呢?Wind必须克服的缓慢MAS的问题在于它产生了不需要的信号，Wind和同事称之为“旋转边带”，这使得样本的光谱变得模糊不清。

当他在校园内的PNNL位于华盛顿州里奇兰的WR Wiley环境分子科学实验室工作时，他将这个想法渗透了大约六年的时间。当他再次遇到这个问题时，他带来了增援，最着名的是核磁共振专家和PNNL工作人员科学家Jian Z. Hu。

通过与Hu合作，Wind发现他可以通过使用脉冲无线电波将模糊的旋转侧带与主光谱分离，以创纪录的缓慢MAS速度获得生物样品中的详细光谱。通过这种技术，他们可以看到全身或零个特定器官或组织部分。

Wind将继续改进该技术，他最近获得了两项专利，PNNL将提供许可。Wind说，作为人体研究的先驱，动物的安全性试验有必要让人看到它们有多强壮，能够快速旋转。他承认，患者可能不愿意进行旋转，并相信工程师可以通过制造磁铁来解决这个问题，磁铁会在静止室内围绕一个人旋转。

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