Căutare
Generic filters
Exact matches only
Filter by Custom Post Type

IDEI PCE 168/2017

IDEI PCE 168/2017
  1. Titlul complet al proiectului; Sustinerea si transferul magnetizarii nucleilor hiperpolarizati.
  2. Acronimul; PN-III-P4-ID-PCE-2016-0887
  3. Rezumatul proiectului;

PLAN DE REALIZARE A PROIECTULUI

Punctul I plan de realizare

Informația RMN se bazează pe cantitatea de magnetizare utilizată și modul în care această magnetizare colectivă este conservată în timpul experimentului. Recent, s-au înregistrat progrese semnificative în polarizarea unui număr mare de spini nucleare folosind ca sursa radicali liberi, prin procedura cunoscută sub numele de Polarizare Dinamică Nucleară (DNP). Aceasta procedură este o revoluție pentru RMN, o spectroscopie care era cunoscută pentru lipsa de sensibilitate, deoarece poate multiplica raportul semnal-zgomot până la 10’000 ori.

Dezvoltarea de aplicații ale acestei tehnici foarte recente rămâne o provocare,  în special din cauza problemelor legate de duratele de viață ale magnetizării ‘hiperpolarizate’. Transmiterea magnetizării în locația dorită in moleculă, către site-ul de interacțiune într-o celulă, sau site-ul de imagistică destinat in interiorul corpului depinde în mod critic de durata de viață a acestei magnetizări. Ameliorări ale timpului de viață pot fi proiectate chiar și într-un context RMN standard, prin optimizarea de sonde moleculare și tehnici de excitație, înainte de punerea în aplicare într-un context DNP. Metodele RMN propuse în acest proiect trebuie să contribuie în mod decisiv la transformarea DNP-RMN in starea lichidă într-o tehnică mai versatilă. Noi modalități de conservare a magnetizării sunt propuse. Stări optime de spin pentru a conserva magnetizarea în molecule cu mai multe nuclee magnetice cuplate vor fi evaluate teoretic și testate experimental. Magnetizarea cu durate lungi de viată poate călători pe distanțe lungi, aproape neschimbată – prin urmare, sensibilitatea de detecție. De aceea, transformări și interacțiuni ale moleculelor endogene mici si ale proteinelor complexe pot fi urmărite cu mai mare ușurința prin RMN. Aceasta poate duce la numeroase aplicații: de la studii ale mecanismului și dinamicii interacțiunilor biomoleculare, până la angiografia prin rezonanță magnetică folosind sonde moleculare endogene.

  1. Obiectivele generale si rezultatele estimate a fi obtinute;
Obiectivele generaleRezultatele estimate a fi obținute
Etapa 1 – Crearea unei strategii adaptate pentru susținerea magnetizării în moleculele alese;

Act. 1.1. Stabilirea de modele pentru transferul polarizării în moleculele propuse.

Modele pentru transferul magnetizării.

 

Etapa 2 – Caracterizarea moleculelor, transferul oprim al polarizării, utilizând cuplaje J;

Act. 2.1. Controlul transferului de polarizare în moleculele propuse.

Verificarea modelelor, rezultate privind transferul prin spațiu a magnetizării.
Etapa 3 – Dezvoltarea unei metode 2D pentru NMR hiperpolarizat. Validare, publicare și diseminare a Rezultatelor.Spectroscopie 2D hiperpolarizata. Publicare și diseminare.
  1. Institutia coordonatoare, eventual cu sigla institutiei si datele de contact; Nu este cazul
  2. Componenta consortiului; Nu este cazul
  3. Autoritatea contractanta (finantatoare a proiectului); UEFISCDI
  4. Durata proiectului; 12.07.2017 – 31.12.2019
  5. Activitatile si responsabilitatile aferente fiecarui participant (planul de realizare);
  6. Bugetul proiectului – defalcat finantare de la bugetul de stat si cofinantare;
Nr.crtCategorii de cheltuieli201720182019Total
1Cheltuieli de personal127170281586269244678000
2Cheltuieli de logistica4562042630675095000
3Cheltuieli de deplasari450067501075022000
4Cheltuieli indirecte443227675365925187000
5TOTAL(1+2+3+4)221612407719352669982000
  1. Rezultatele obtinute in fiecare etapa de derulare a proiectului (raport public, indicatori de rezultat, etc.);

Etapa 1

În această perioadă a proiectului s-au realizat următoarele pentru îndeplinirea obiectivelor propuse:

  1. S-a creat o strategie adaptată pentru susținerea magnetizării în moleculele continand un ciclu aromatic adiacent nucleelor de azot.
  2. S-au stabilit modele pentru studiul transferului polarizării pentru substanțele achiziționate: monometil fumarat, dimetil fumarat, citrat, piruvat, lactat, Ala-Gly, citrulină, oxalat, acid fumaric, glicina, glutamină, acid glutamic, acid aspartic, asparagină. Pentru același tip de experimente au fost cumpărate și o serie de compuși marcați: glicina 1-13C, glucoză 6-13C și asparagină 4-13

Descrierea pe larg a experimentelor efectuate și prezentarea rezultatelor:

Metoda LLS (Long-lived states) a fost utilizată pentru prima dată pentru a demonstra interacțiile dintre molecule și ionii metalici diamagnetici. Această metodă poate fi folosită în două contexte: (i) în experimente RMN hiperpolarizate folosind d-DNP (dissolution Dynamic Nuclear Polarization), pentru îmbunătățirea sensibilității: în aceste experimente LLS este utilizat pentru menținerea magnetizării hiperpolarizate; (ii) în experimente RMN care pornesc de la o magnetizare în care avem echilibru termic la codificarea LLS. În acest context informația oferită de metoda LLS poate fi complementară datelor obținute din relaxarea longitudinală standard.

Derivații de oxodiazol utilizați în acest studiu au substituenți diferiți de o parte și alta a inelului oxodiazolic. În acest studiu s-a putut observa interacția dintre atomii donor precum atomii de azot din moleculele organice și ionii metalici prin metoda LLS.

Experimentele RMN au fost înregistrate la un câmp magnetic de NMR B0 =11.75 T folosind spectrometrul  Bruker Avance care operează la o frecvență de 500.13 MHz. Temperatura utilizată pentru experimente a fost de 250C; spectrele au fost prelucrate cu ajutorul programelor Topspin, Mestrec și  datele experimentale procesate cu Matlab.

Curbele de relaxare au fost fitate folosind o funcție a programului Matlab specifică iar erorile au fost calculate dintr-o analiza Monte-Carlo.

Detecția directă a semnalelor de 15N a fost realizată utilizând standardul de formaldehidă marcată în 15N (număr scani – 8192 tranzienți și recovery delay de 15 s ). Pentru înregistrarea spectrelor de proton și a experimentelor LLS au fost utilizați următorii parametri: număr de scani – 64 tranzienți și recovery delay de 20 s. Experimentele T1 au fost înregistrate utilizând 16 tranzienți și recovery delay de 25 s.

Spectrele RMN de 1H și 15N înregistrate pentru molecula de oxodiazol studiată sunt prezentate în Figura 1.

Figura 1. Oxodiazol: 2-(4-metoxifenil)-5-(p-tolil)-1,3,4-oxadiazol.

Figura 1. Oxodiazol: 2-(4-metoxifenil)-5-(p-tolil)-1,3,4-oxadiazol.

Caracterizarea structurală a oxodiazolului s-a realizat prin înregistrarea spectrelor 1D și 2D-RMN (Figurile 2A-2G).

1H-NMR (500.13 MHz, MeOD-d4, δ ppm, J Hz): 8.02 (d, 2H, H-S, H-S’, 8.5 Hz), 7.96 (d, 2H, H-R, H-R’, 8.0 Hz), 7.37 (d, 2H, H-K, H-K’, 8.0 Hz), 7.09 (d, 2H, H-I, H-I’, 8.5 Hz), 3.87 (s, 3H, A3), 2.41 (s, 3H, H-B3).

13C-NMR (125.77 MHz, MeOD-d4, δ ppm): 165.7 (CQ4), 165.6 (CQ3), 164.0 (CQ1), 143.8 (CQ6), 130.8 (C-K, C-K’), 129.67 (C-S, C-S’), 127.6 (C-R, C-R’), 121.7 (CQ5), 116.7 (CQ2), 115.6 (C-I, C-I’),  55.9 (C-A3), 21.7 (C-B3).

Figura 2A. Spectrul 1D 1H RMN al oxodiazolului (martor)

Figura 2A. Spectrul 1D 1H RMN al oxodiazolului (martor)

Figura 2B. Spectrul 1D 13C RMN al oxodiazolului (martor)

Figura 2B. Spectrul 1D 13C RMN al oxodiazolului (martor)

Figura 2C. Spectru 1D Apt RMN al oxodiazolului (martor)

Figura 2C. Spectru 1D Apt RMN al oxodiazolului (martor)

Figura 2D. Spectrul 2D COSY-RMN al oxodiazolului (martor)

Figura 2D. Spectrul 2D COSY-RMN al oxodiazolului (martor)

Figura 2E. Spectrul 2D HMQC-RMN al oxodiazolului (martor)

Figura 2E. Spectrul 2D HMQC-RMN al oxodiazolului (martor)

Figura 2F. Spectrul 2D HMBC-RMN al oxodiazolului (martor)

Figura 2F. Spectrul 2D HMBC-RMN al oxodiazolului (martor)

Figura 2G. Spectrul 2D HMBC-RMN al oxodiazolului (martor)

Figura 2G. Spectrul 2D HMBC-RMN al oxodiazolului (martor)

A fost creată o strategie pentru studierea interacțiilor dintre compusul organic (oxodiazol) și ionii metalici (argint Ag(I)) utilizând metoda LLS s-a preparat o soluție stock de CF3SO3Ag. Cote parte din aceasta soluție au fost adăugate în tubul RMN peste soluția de oxodiazol (Figura 3).

Figura 3. Spectrul 1D 1H RMN: A – proba martor (oxadiazol); B–0.25:1[CF3SO3Ag]:[oxodiazol]; C–0.5:1 [CF3SO3Ag]:[ oxodiazol]; D–0.75:1 [CF3SO3Ag]:[ oxodiazol].

Figura 3. Spectrul 1D 1H RMN: A – proba martor (oxadiazol); B–0.25:1[CF3SO3Ag]:[oxodiazol]; C–0.5:1 [CF3SO3Ag]:[ oxodiazol]; D–0.75:1 [CF3SO3Ag]:[ oxodiazol].

Metoda LLS a relevat o constantă de relaxare până la TLLS = 1/RLLS ~ 10 secunde pentru protonii aromatici din ciclul aromatic. Secvența de pulsuri utilizată pentru excitarea și detecția LLS este prezentată în Figura 4.

Figura 4: (A) Experimentele RMN utilizate pentru LLS; (B) Profilul de relaxare al LLS obținut pentru oxodiazol la B0 = 11.75 T, spinii (K, R); (C) Experimente RMN inversion-recovery; (D) Curba inversion-recovery pentru experimentele efectuate asupra spinului R din martor.

Figura 4: (A) Experimentele RMN utilizate pentru LLS; (B) Profilul de relaxare al LLS obținut pentru oxodiazol la B0 = 11.75 T, spinii (K, R); (C) Experimente RMN inversion-recovery; (D) Curba inversion-recovery pentru experimentele efectuate asupra spinului R din martor.

În Tabelul 1 sunt prezentate constantele de relaxare longitudinale ale derivaților de oxadiazol.

Table 1. Valorile R1 și RLLS pentru martor și pentru amestecurile oxodiazol- soluție Ag(I) (echivalenți molar de la 0.25 până la 0.75 echivalenți molari).

R1 (s-1)RLLS (s-1)

Semnale detectate pentru spinul R și spinul I

(și semnale detectate pe spinul K și spinul S)

Eq. de Ag(I) 00.250.50.7500.250.50.75
Spin R0.22±0.010.27±0.010.30±0.010.31±0.010.096±0.0050.139±0.0050.152±0.0040.166±0.005
Spin K0.29±0.010.36±0.010.40±0.010.41±0.01(0.094±0.005)(0.138±0.005)(0.153±0.005)(0.162±0.006)
Spin I0.33±0.010.40±0.010.43±0.020.45±0.010.122±0.0040.172±0.0080.179±0.0080.204±0.012
Spin S0.22±0.010.27±0.010.30±0.010.32±0.01(0.110±0.010)(0.150±0.020)(0.171±0.008)(0.180±0.016)

Constantele de timp ale relaxării longitudinale, T1=1/R1, sunt semnificativ mai scurte decât timpii de viata LLS. Degazarea probelor mărește toate constantele de relaxare cu un factor de 2. Constanta R1 măsurată pentru oxadiazol în prezența ionilor de argint crește cu 0.05-0.07 s-1 (cca. 20%) față de proba în care s-au adăugat 0.25 echivalenți molari de sare de argint și rămâne aproximativ aceeași la concentrații mai mari de argint. În ceea ce privește LLS, adăugarea de argint (I) la soluția de oxadiazol conduce la o creștere cu 70% a constantelor de relaxare RLLS pentru perechea de spini (I, S) și cu 65% pentru perechea de spini (S, K). Variațiile în RLLS = 1 / TLLS la adăugarea de argint oferă îmbunătățiri semnificative în comparație cu variațiile în R1 = 1 / T1, ceea ce face ca LLS să fie o metodă sensibilă pentru cartografierea interacțiunii (Figura 5 și Figura 6).

Figura 5. Constantele de relaxare LLS ale protonilor aromatici pentru mator (albastru), pentru 1:0.25 echivalenți molar oxodiazol: sare de argint (verde), pentru 1:0.50 echivalenți molar oxodiazol: sare de argint (galben), pentru 1:0.75 echivalenți molar oxodiazol: sare de argint (roșu) la B0 = 11.75 T.

Figura 5. Constantele de relaxare LLS ale protonilor aromatici pentru mator (albastru), pentru 1:0.25 echivalenți molar oxodiazol: sare de argint (verde), pentru 1:0.50 echivalenți molar oxodiazol: sare de argint (galben), pentru 1:0.75 echivalenți molar oxodiazol: sare de argint (roșu) la B0 = 11.75 T.

 

Figura 6. Constantele de relaxare T1 ale protonilor aromatici pentru mator (albastru), pentru 1:0.25 echivalenți molar oxodiazol: sare de argint (verde), pentru 1:0.50 echivalenți molar oxodiazol: sare de argint (galben), pentru 1:0.75 echivalenți molar oxodiazol: sare de argint (roșu) la B0 = 11.75 T.

Figura 6. Constantele de relaxare T1 ale protonilor aromatici pentru mator (albastru), pentru 1:0.25 echivalenți molar oxodiazol: sare de argint (verde), pentru 1:0.50 echivalenți molar oxodiazol: sare de argint (galben), pentru 1:0.75 echivalenți molar oxodiazol: sare de argint (roșu) la B0 = 11.75 T.

Interacțiilor dintre derivații de oxodiazol și ionii de argint (I) au fost detectate utilizând experimentele LLS de proton. Constantele de relaxare al LLS excitate asupra nucleilor de hidrogen situați în imediata vecinătate a atomilor donori par să fie mult mai sensibile decât relaxarea longitudinala RMN standard pentru interacții.

Hiperpolarizarea spinilor nucleari detectați poate oferi perspective suplimentare asupra acestui tip de interacții la probe având concentrații scăzute.

Rezultatele experimentale obținute în aceasta etapă au fost diseminate prin publicare unui articol în Journal of Magnetic Resonance (FI = 2.432):

Cristina Stavarache, Anamaria Hanganu, Anca Paun, Codruta Paraschivescu, Mihaela Matache, Paul R. Vasos, “Long-lived states detect interactions between small molecules and diamagnetic metal ions”, Journal of Magnetic Resonance, 2017, 284, 15-19, http://dx.doi.org/10.1016/j.jmr.2017.09.001.

De asemenea rezultatele preliminare obținute au fost diseminate prin prezentări orale în cadrul următoarelor manifestări științifice de către membrii echipei de cercetare:

  • Paul Vasos, “Enhanced NMR to follow enzymatic reactions in living cells”, Oral presentation, 20th Romanian International Conference on Chemistry and Chemical Engineering, 6-9 September 2017, Poiana Brasov, Romania.
  • Aude Sadet, CRUK Cambridge Institute, Workshop, 6-9 december 2017, Molecular probes useful for in vivo MRI experiments
  1. Descrierea/prezentarea diferitelor evenimente derulate in cadrul proiectului (exp: conferinte, seminarii, intalniri ale partenerilor, etc.);
  • Paul Vasos, “Enhanced NMR to follow enzymatic reactions in living cells”, Oral presentation, 20th Romanian International Conference on Chemistry and Chemical Engineering, 6-9 September 2017, Poiana Brasov, Romania.
  • Aude Sadet, CRUK Cambridge Institute, Workshop, 6-9 december 2017, Molecular probes useful for in vivo MRI experiments
  • Aude Sadet, Glasgow, United Kingdom 25 – 27 June 2018,Artificial Water Channels Faraday Discussion
  1. Link-uri catre diverse alte pagini de interes pentru vizitator. Ex: pagini legislative din domeniul de activitate al proiectului, proiecte similare sau complementare, paginile web ale institutiilor partenere in proiect, etc;……………………………………
  2. Datele de contact ale directorului de proiect; Vasos Paul

mail: paul.vasos@icub.unibuc.ro

Telefon: 021.3159249

  1. Rezultatele finale ale proiectului. Nu este cazul

Cod Proiect PN-III-P4-ID-PCE-2016-0887

Competiție 2016

  • Cristina Stavarache, Anamaria Hanganu, Anca Paun, Codruta Paraschivescu, Mihaela Matache, Paul R. Vasos, “Long-lived states detect interactions between small molecules and diamagnetic metal ions”, Journal of Magnetic Resonance, 2017, 284, 15-19, http://dx.doi.org/10.1016/j.jmr.2017.09.001.

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/28938134

  • Viorel Vasile Nastasa, Cristina Stavarache, Anamaria Hanganu, Adina Coroaba,  Alina Nicolescu, Calin Deleanu,  Aude Sadet, Paul Vasos, “Hyperpolarised NMR to Follow Water Proton Transport through Membrane Channels via Exchange with Biomolecules”, Faraday Discussions, 2018, DOI: 10.1039/C8FD00021B.

 

Acest site folosește cookie-uri pentru o mai bună experiență de vizitare. Prin continuarea navigării, ești de acord cu modul de utilizare a acestor informații.

Share This