PARACEST試薬
- 要旨磁気共鳴イメージング（MRI）は、臨床医学において間違いなく最も強力で重要なイメージング診断技術です。非侵入性で人体のどの部分の静的構造や動態過程に関する解剖学的情報をも与えることができます。従来からの低分子量、細胞外、大部分がGd3＋由来の造影剤は、診断医学に重大なインパクトを持っていました。MRのコントラスト促進のためのT1短縮試薬の代替案として、人はプロトン密度あるいはMRIスキャナによって検出された全体の水分シグナルを変えることによって、コントラストを導入することができます。これはForsenとHoffmanによって初めて紹介された磁化転送（MT）と呼ばれる古いNMR技術を使って達成され得ます。化学交換飽和転送（CEST）試薬は潜在的にMRI分野の革命を起こすことができた試薬のクラスです。
PARACEST試薬
- 詳細磁気共鳴イメージング（MRI）は、臨床医学において間違いなく最も強力で重要なイメージング診断技術です。非侵入性で人体のどの部分の静的構造や動態過程に関する解剖学的情報をも与えることができます。従来からの低分子量、細胞外、大部分がGd3＋由来の造影剤は、診断医学に重大なインパクトを持っていました。これらの造影剤は、すべての細胞外空間（血管と格子間）に入り、一時的に常磁性の錯体を蓄積する組織部位のみを強調します。この常磁性錯体の蓄積は、自由水のスピン格子緩和時間（T1）を短くしそれ故にその範囲の像を輝かせるという結果になります。この自由水の緩和を変えるというメカニズムは外部からはコントロールできず、従ってT1短縮試薬の緩和効果を調整（オン／オフ）はできません、そして試薬注入前後のイメージの輝度だけの比較しかできません。このように人は目標とする部分に狙っただけの十分な試薬を得ることに完全に依存しているのでこうできればMRIで目標とする部分は検出されます。~4 mM-1s-1の緩和度を持った代表的な低分子量のGd3+由来の錯体の低検出限界の種々の推測がされました、そしてこれらは若干異なるものの大体は100 - 500 M の範囲にあります。十分に高い緩和度を持ったGd3+由来の錯体を作り出す考慮すべき努力がなされました、しかし現時点で大きな成功例はありません。この分野のエキスパート達は、本質的な高い緩和度を得るたった一つの方法は、生体高分子やナノ粒子あるいはアルブミンのように天然高分子のような、より大きな構造への結合によってGd3+錯体の回転を遅くすることであるということに同意します。このように分子イメージングへの応用のための新しいGd3+由来のシステムを作り出すには、ある種の高分子量ポリマーを作り出さねばなりません。このことは、自由な拡散性の低分子量錯体では存在しない新しい複雑な問題と限界をもたらします。しかしながら、所定の割合の試薬で得られたシグナルを調節する能力をもっているならば、たとえ低分子量錯体を使用している間でも十分な感度ゲインを得るために既知のシグナル変調アルゴリズムを利用することが可能であるかもしれません。
MRのコントラスト促進のためのT1短縮試薬の代替案として、人はプロトン密度あるいはMRIスキャナによって検出された全体の水分シグナルを変えることによって、コントラストを導入することができます。これはForsenとHoffmanによって初めて紹介された磁化転送（MT）と呼ばれる古いNMR技術を使って達成され得ます。この技術は単純な反応の一方向の率定数を決定するために化学と生物学で広く応用されています。この技術の基本を例示するために、異なったNMR化学シフト（次ページ）を持った2つの交換水分子AとBを考えてみます。選択できるRF飽和パルスを使うことによるスピンBの飽和により、Aの輝度は2つのスピンの化学交換により新しい定常状態のレベルに下がります。平衡状態でこの新しいレベルはMA/MAO=1/(1+k2T1A)で与えられます。これはもし自由水（このモデルではA）のT1がこの部分の水の寿命（1/k2）と長い間比較されるならばMT効果が観察されるであろうということを示します。これは自由水のT1が余りにも短いためにGd3+はこの実験では使えないということを決定付けます。しかしながらEu3+、Tm3+、Dy3+そしてYb3+は、より小さな磁気モーメントを持ち、従って自由水を非効率的に緩和するので実験に使えます。このモデルは、部分Bの水は部分Aの水より違った化学シフトを持たねばならないこと、そして以下に示すようにMT効率はこの周波数の違いに関係していることを示しています。
Ward et al.は、イメージの中にコントラストを導入するためにMT効果を使うアイデアを紹介しました。そしてアミノ酸や糖質やヌクレオチドのような内在する代謝体あるいはプロトンを自由水に変換する交換可能なOHまたはNH基を持つその他の複素環式化合物の間の化学交換飽和転送に基づく新しいMRI造影剤を提案しました。彼らは、自由水共鳴から数ppmはなれた交換可能な部分で飽和照射パルスを加えることによってMRIコントラストがスイッチング（on/off)されうることをこれらのような単純な反磁性分子を使って実証しました。Ward et al.によって記述された単純な反磁性試薬の一つの限界は、OHまたはNH基の交換の化学シフトが、CEST効果の実用的応用で重要な限界である5 ppm以下の自由水共鳴にむしろ近いということです。我々は以下にこの問題は、一つまたはそれ以上の高くシフトされたNHまたはOH交換部分を持った常磁性のCEST試薬を使用することで解決できるということを実証します。
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