JPH1183969A - Detection and imaging for phosphorus-31 nuclear magnetic resonance signal - Google Patents

Detection and imaging for phosphorus-31 nuclear magnetic resonance signal

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JPH1183969A
JPH1183969A JP23927897A JP23927897A JPH1183969A JP H1183969 A JPH1183969 A JP H1183969A JP 23927897 A JP23927897 A JP 23927897A JP 23927897 A JP23927897 A JP 23927897A JP H1183969 A JPH1183969 A JP H1183969A
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JP
Japan
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beta
oxygen
phosphorus
frequency
phosphate group
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JP23927897A
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Mitsuru Tamura
充 田村
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Hitachi Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To observe and trace a change in an amount and a change with the lapse of time by receiving only a phosphorus-31 NMR signal derived from the beta phosphate radical of nucleoside triphosphate whose beta position is labeled with oxygen-17. SOLUTION: A transmitter 12 for a phosphorus-31 nucleus outputs radio waves at the resonance frequency of the beta phosphate radical of nucleoside triphosphate. In addition, when only a phosphate radical labeled with beta oxygen-17 in a sample is selected so as to be observed, its phsophorus-31 NMR signal is not observed even when phosphate compounds other than the nucleoside triphosphate radical labeled with the beta oxygen-17 exist in the sample, and only the phosphorus-31 NMR signal of the beta phosphate radical of the nucleoside triphosphate labeled with the beta oxygen-17 can be observed. This feature is obtained by connecting a frequency setting device 19 to a receiver 13 and to the transmitter 12. The frequency setting device 19 finds the resonance frequency of the beta phosphate radical of the nucleoside triphosphate labeled with the beta oxygen-17 on the basis of the output of the receiver 13, and it sets the output frequency of the transmitter 12.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、リン31核磁気共
鳴信号検出方法およびリン31核磁気共鳴信号イメージ
ング方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for detecting a phosphorus 31 nuclear magnetic resonance signal and a method for imaging a phosphorus 31 nuclear magnetic resonance signal.

【0002】[0002]

【従来の技術】リン31、酸素17はそれぞれ天然存在
比 100%、0.037% の、NMRを観測可能な安定核種
で、磁束密度11.74テスラの外部磁場におけるそれぞれ
のNMR共鳴周波数は、202.4MHz、67.78MHz であるこ
とが、例えば文献、日本化学会編「第4版実験化学講座
5 NMR」、第3.1章、表3.1、348ページ、丸善株式
会社(1991)により知られている。
2. Description of the Related Art Phosphorus 31 and oxygen 17 are stable nuclides having a natural abundance of 100% and 0.037%, respectively, capable of observing NMR. The NMR resonance frequencies in an external magnetic field having a magnetic flux density of 11.74 Tesla are 202.4 MHz and 67.78, respectively. MHz is known, for example, from the literature, edited by The Chemical Society of Japan, “4th Edition, Experimental Chemistry Course 5 NMR”, Chapter 3.1, Table 3.1, page 348, Maruzen Co., Ltd. (1991).

【0003】パルスNMR法は、例えば文献 T.C.Farra
r, E.D.Becker, "Pulse and Fourier Transform NMR",
Academic Press (1971)(邦訳、赤坂、井元「パルスお
よびフーリエ変換NMR」吉岡書店(1976))により知ら
れる核磁気共鳴信号の観測法である。
The pulse NMR method is described, for example, in the literature TCFarra
r, EDBecker, "Pulse and Fourier Transform NMR",
This is a method of observing nuclear magnetic resonance signals known by Academic Press (1971) (Japanese translation, Akasaka, Imoto, "Pulse and Fourier Transform NMR", Yoshioka Shoten (1976)).

【0004】酸素17標識リン酸化合物は、例えば特願
平6-23909により知られ、リン酸基の4個の酸素原子の
少なくとも1個を酸素17で標識することによって、酸
素17とリン31とが化学的に結合をもつ化合物である。こ
の化合物を対象として、特願平7-71137により知られる
「リン31核磁気共鳴信号の選択観測法およびこれを利用
する方法」を用いると、酸素17との分極移動を経由す
るリン31のNMR信号が観測可能であり、天然存在比
の酸素17を有するリン酸化合物と、天然存在比よりも
高い含有率の酸素17を有する酸素17標識リン酸化合
物とが、混合状態で存在する混合リン酸化合物試料を対
象として、酸素17標識リン酸化合物に由来するリン3
1NMR信号を選択的に観測することが可能である。観
測信号の選択は、酸素17を時期的に励起する高周波パ
ルス位相と、受信機の受信位相とを、一定の組み合わせ
で繰り返し実施する位相サイクリングによって行われ
る。
[0004] An oxygen 17-labeled phosphate compound is known, for example, from Japanese Patent Application No. 6-23909. By labeling at least one of four oxygen atoms of a phosphate group with oxygen 17, oxygen 17 and phosphorus 31 can be combined. Is a compound having a chemical bond. For this compound, using the “selective observation method of phosphorus 31 nuclear magnetic resonance signal and the method utilizing this” known from Japanese Patent Application No. 7-71137, the NMR of phosphorus 31 via polarization transfer with oxygen 17 A mixed phosphoric acid in which a signal is observable and a phosphate compound having a natural abundance of oxygen 17 and an oxygen 17-labeled phosphate compound having a higher content of oxygen 17 than the natural abundance are present in a mixed state. Phosphorus 3 derived from an oxygen 17-labeled phosphate compound in a compound sample
It is possible to selectively observe the 1 NMR signal. The selection of the observation signal is performed by phase cycling in which the high-frequency pulse phase for exciting the oxygen 17 in time and the reception phase of the receiver are repeatedly executed in a fixed combination.

【0005】分極移動(Polarization Transfer)は、
例えば文献 R.R.Ernst, G.Bodenhausen, A.Wokaun, "Pr
inciples of Nuclear Magnetic Resonance in One and
Two Dimensions", Oxford Scientific Publications (1
987) (アール アール エルンスト、ジ− ボ−デン
ハウゼン、エ− ボ−ガン、プリンシプルズ オブ ニ
ュ−クレア マグネチック レゾナンス イン ワン
アンド ツー ディメンジョンズ、オックスフォ−ド
サイエンス パブリケーション(1987))により知られ
る、異核種スピンスピン結合の存在する結合スピン系を
観測対象とするNMRにおいて、非観測核を過渡的に磁
気的に励起することにより、観測核のエネルギー準位の
占有率が変化する現象である。分極移動を利用したパル
ス系列の例は、エー ピー ティー(APT)、エス
イー エム ユー ティー(SEMUT)、アイ エヌ
イー ピー ティー(INEPT)、ディー イー
ピーティー(DEPT)などが挙げられることが、例え
ば前記文献により知られている。
[0005] Polarization transfer is
For example, references RRErnst, G. Bodenhausen, A. Wokaun, "Pr
inciples of Nuclear Magnetic Resonance in One and
Two Dimensions ", Oxford Scientific Publications (1
987) (Earl Ernst, J. Bodenhausen, E. Bogan, Principles of New Clare Magnetic Resonance in One
And Two Dimensions, Oxford
In NMR, which is known from Science Publication (1987) and uses a coupled spin system with heteronuclear spin-spin coupling, the energy levels of the observed nuclei are excited by transiently exciting the unobserved nuclei magnetically. This is a phenomenon in which the occupancy rate of the data changes. Examples of pulse sequences using polarization transfer are APT (APT),
EMU (SEMUT), INEP (INEPT), DEE
It is known from the literature, for example, that P.T.

【0006】エイチ エム キュー シー(HMQC、
Heteronuclear Multiple Quantum Coherence、異核種多
量子コヒーレンス)は、文献 A. Bax, R. H. Griffy,
B. L.Hawkins, J. Magn. Reson., 55, 301-315 (1983)
(エイ バックス、アールエイチ グリフィー、ビー
エル ホーキンス,ジャーナル オブ マグネティック
レゾナンス,55巻,301-315頁、1983年)に記載の、
異核種間の分極移動を観測しうるパルス系列である。
[0006] HMCQ (HMQC,
Heteronuclear Multiple Quantum Coherence) is described in A. Bax, RH Griffy,
BLHawkins, J. Magn.Reson., 55, 301-315 (1983)
(Abax, RGH Griffey, Bee
El Hawkins, Journal of Magnetic Resonance, 55, 301-315 (1983)).
This is a pulse sequence that can observe polarization transfer between different nuclides.

【0007】周波数選択励起は、例えば文献 H. Kessle
r, H. Oschkinat, C. Griesinger,W. Bermel, Journal
of Magnetic Resonance, 70, 106 (1986)(エイチ ケ
スラー、エイチ オシュキナート、シー グリジンガ
ー、ダブリュ バーメル、ジャーナル オブ マグネテ
ィック レゾナンス、70巻、106頁、1986年)により知
られる、励起周波数帯域を人為的に限定する手法であ
る。一例として、NMR観測法の励起パルスを、一般的
な矩形パルスではなく、文献 C. Bauer, R. Freeman,
T. Frenkel, J. Keeler, and A. J. Shaka, Journal of
Magnetic Resonance, volume 58, page 442-457 (198
4) (シー バウアー、アール フリーマン、ティ フ
レンケル、ジェー キーラー、エイ ジェイ シャカ、
ジャーナル オブ マグネティック レゾナンス、58
巻、442〜457頁、1984年)などに示されるガウス関数で
振幅変調する方法が挙げられる。励起周波数帯域は中心
周波数を中心とした振幅変調関数のフーリエ変換として
得られる。関数形を適切に設計することで、矩形パルス
と比較して側帯域の励起強度を抑圧しうる。その例はガ
ウス関数型選択励起パルスであり、ガウス関数型選択励
起パルスの周波数帯域幅は、例えば前記 C.Bauer(シー
バウアー)らの文献に、パルス幅10ミリ秒、フリッ
プ角90°のガウス関数型パルスでは、中心周波数から
300Hz以上離れた側帯域の強度は無視できると示され
ている。パルス幅と励起帯域は反比例関係にあるので、
この文献の数値から、パルス幅を1ミリ秒に設定すると
中心周波数から約3000Hz離れた周波数における励起
強度が無視できることは容易に理解しうる。また、パル
ス幅を1〜10ミリ秒の間で調節することで、側帯域の
広がりを3000〜300Hzの間で人為的に調節する
ことも可能である。
Frequency selective excitation is described, for example, in the document H. Kessle.
r, H. Oschkinat, C. Griesinger, W. Bermel, Journal
Excitation frequency band artificially limited, known by H. Kessler, H. Oshkinato, H. Oshkinato, C. Grigginger, W. Baermel, Journal of Magnetic Resonance, Vol. 70, p. 106, 1986. It is a technique to do. As an example, the excitation pulse of the NMR observation method is not a general rectangular pulse but a reference C. Bauer, R. Freeman,
T. Frenkel, J. Keeler, and AJ Shaka, Journal of
Magnetic Resonance, volume 58, page 442-457 (198
4) (Sea Bauer, Earle Freeman, Ti Frenkel, J Keeler, AJ Shaka,
Journal of Magnetic Resonance, 58
Vol., Pp. 442-457, 1984). The excitation frequency band is obtained as a Fourier transform of an amplitude modulation function centered on the center frequency. By appropriately designing the function form, the excitation intensity in the side band can be suppressed as compared with the rectangular pulse. An example is a Gaussian function type selective excitation pulse. The frequency bandwidth of the Gaussian function type selective excitation pulse is described in, for example, the above-mentioned C. Bauer et al. Document, a Gaussian with a pulse width of 10 milliseconds and a flip angle of 90 °. It is shown that in the functional pulse, the intensity in the sidebands that are more than 300 Hz away from the center frequency can be ignored. Since the pulse width and the excitation band are inversely proportional,
From the numerical values in this document, it can be easily understood that when the pulse width is set to 1 millisecond, the excitation intensity at a frequency apart from the center frequency by about 3000 Hz can be ignored. Also, by adjusting the pulse width between 1 and 10 milliseconds, it is also possible to artificially adjust the spread of the sideband between 3000 and 300 Hz.

【0008】核磁気共鳴イメージング(MRI)は、例
えば文献、P. C. Lauterbur, Nature, 242, 190 (1973)
(ピー シー ローターバー、ネイチャー、242巻、190
頁 (1973))により知られ、また例えば文献、C. M. Lai
and P. C. Lauterbur, J. Phys. E: Sci. Instrum., 1
3, 747 (1980)(シー エム レイ、 ピー シーロー
ターバー、 ジャーナル オブ フィジクス E サイ
エンティフィク インスツルメンツ、13巻、747頁 (198
0))により知られ、試料核スピンの磁気共鳴の歳差運動
周波数が傾斜磁場中で分布することを利用して、パルス
励起後の自由誘導減衰の周波数差から観測スピンの空間
座標を求める計測法である。
[0008] Nuclear magnetic resonance imaging (MRI) is described, for example, in the literature, PC Lauterbur, Nature, 242, 190 (1973).
(PC rotor bar, Nature, 242 volumes, 190
P. (1973)) and also described, for example, in the literature, CM Lai
and PC Lauterbur, J. Phys. E: Sci. Instrum., 1
3, 747 (1980) (CM Ray, PC Rotor Bar, Journal of Physics E Scientific Instruments, Vol. 13, p. 747 (198
0)), which uses the fact that the precession frequency of magnetic resonance of sample nuclear spins is distributed in a gradient magnetic field, and measures the spatial coordinates of observed spins from the frequency difference of free induction decay after pulse excitation. Is the law.

【0009】磁気共鳴分光イメージング(MRS、また
はMRSI)は、例えば文献、T. R. Brown, B. M. Kin
caid, K. Ugurbil, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 79,
3523-3526 (1982)(ティー アール ブラウン、 ビー
エム キンケイド、 ケイウグルビル, プロシーデ
ィングス オブ ナショナル アカデミー オブサイエ
ンス ユー エス エイ,79巻,3523-3526頁 (1982))
により知られる、傾斜磁場中でのNMR現象を利用し
て、特定空間内のNMRスペクトルを得る分光学的手段
である。NMRスペクトルの化学シフト値が、空間分解
能を伴って得られることから、化学シフトイメージング
(CSI)とも呼ばれる。りん31のMRSは、例えば文
献、R. McNamara, F. A-. Mendoza, and T. R. Brown,
NMRBiomed., 7, 237-242 (1994)(アール マクナマ
ラ、 エフ アリスメンドザ、ティー アール ブラウ
ン, NMR イン バイオメディシン,7巻,237-242
頁 (1994))により知られ、2.5cm角の立方体空間を分解
能の単位として、生きた人間の脳の内部におけるリン脂
質の局在を定量分析できることが知られている。
[0009] Magnetic resonance spectroscopy imaging (MRS or MRSI) is described, for example, in the literature, TR Brown, BM Kin.
caid, K. Ugurbil, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 79,
3523-3526 (1982) (T.E.R. Brown, BM Kincaid, Caughleville, Proceedings of National Academy of Sciences USA, 79, 3523-3526 (1982))
Is a spectroscopic means for obtaining an NMR spectrum in a specific space by utilizing an NMR phenomenon in a gradient magnetic field. Since the chemical shift value of the NMR spectrum is obtained with spatial resolution, it is also called chemical shift imaging (CSI). The MRS of phosphorus 31 can be found, for example, in the literature, R. McNamara, F. A-. Mendoza, and TR Brown,
NMR Biomed., 7, 237-242 (1994) (Earl McNamara, F. Arismendza, TE Earl Brown, NMR in Biomedicine, 7, 237-242
(1994)), and it is known that the localization of phospholipids inside a living human brain can be quantitatively analyzed using a 2.5 cm square cubic space as a unit of resolution.

【0010】ヌクレオシド3リン酸、2リン酸のリン酸
基は、糖リン酸エステル結合に近い側からアルファ、ベ
ータ、ガンマと呼称して区別されることが、例えば文
献、市川監訳「アームストロングの生化学」廣川書店(1
990)により知られている。
It is known that the phosphate groups of nucleoside triphosphate and diphosphate are distinguished from each other by calling them alpha, beta and gamma from the side closer to the sugar phosphate ester bond. Biochemistry '' Hirokawa Shoten (1
990).

【0011】アデノシン3リン酸、アデノシン1リン
酸、アデニレートキナーゼ酵素をpH7.5、25℃で
混合し、十分に時間の経過した緩衝溶液中では、アデノ
シン3リン酸、アデノシン2リン酸、アデノシン1リン
酸との間に、次に示す数1の化学平衡が成り立ち、数2
の平衡定数が0.7であることが、たとえば文献、J. R
einstein, I. R. Vetter, I. Schlichting, P. Roesch,
A. Wittinghofer, R. S. Goody, Biochemistry, 29, 7
440-7450 (1990)(ジェー レインスタイン、アイ ア
ール ベッター、 アイ スリヒティング、ピー レッ
シュ、エイ ビッティンホファー、バイオケミストリ、
29巻、7440-7450頁 (1990))により知られている。
Adenosine triphosphate, adenosine monophosphate, and adenylate kinase enzyme are mixed at pH 7.5 and 25 ° C., and in a buffer solution which has sufficiently passed, adenosine triphosphate, adenosine diphosphate, The chemical equilibrium of the following equation 1 is established between adenosine monophosphate and
That the equilibrium constant of is 0.7, for example, in the literature, J. R.
einstein, IR Vetter, I. Schlichting, P. Roesch,
A. Wittinghofer, RS Goody, Biochemistry, 29, 7
440-7450 (1990) (J. Reinstein, IR Earl Better, Eye Slichting, P. Resh, A. Bittinhofer, Biochemistry,
29, 7440-7450 (1990)).

【0012】[0012]

【数1】 (Equation 1)

【0013】[0013]

【数2】 (Equation 2)

【0014】ここに、[ATP]、[AMP]、[AD
P]はそれぞれ、アデノシン3リン酸、アデノシン1リ
ン酸、アデノシン2リン酸の濃度である。
Here, [ATP], [AMP], [AD
P] are the concentrations of adenosine triphosphate, adenosine monophosphate, and adenosine diphosphate, respectively.

【0015】[0015]

【発明が解決しようとする課題】従来の、酸素17との
分極移動を経由するリン31核磁気共鳴信号の観測法で
は、観測空間内に存在するすべての酸素17標識リン酸
化合物を観測対象としていた。すなわち、生体などにお
いて、投与したリン酸化合物が経時的に代謝生成物に変
化する場合、投与した試薬と生成物の両方とも観測され
るので、それぞれの共鳴信号を識別するために、受信信
号を周波数スペクトルとして分光する必要があった。
In the conventional method of observing a phosphorus-31 nuclear magnetic resonance signal via polarization transfer with oxygen 17, a conventional method for observing all oxygen 17-labeled phosphate compounds existing in the observation space is used. Was. That is, when the administered phosphate compound changes into a metabolite over time in a living body or the like, since both the administered reagent and the product are observed, the received signal is identified in order to identify the respective resonance signals. It was necessary to split the spectrum as a frequency spectrum.

【0016】これは、従来の酸素17を用いない非選択
的リン31−NMR観測、リン31−MRSI観測と比
較して、標識の有無によりリン酸化合物を識別できる利
点はあるものの、必ず周波数スペクトルを得なければな
らない。このため、傾斜磁場を付加してリン31−MR
Iを観測する場合に、空間座標と周波数スペクトルとを
区別して取り扱う観測法および計算処理が必須であっ
た。
This has the advantage that the phosphate compound can be identified depending on the presence or absence of the label as compared with the conventional non-selective phosphorus 31-NMR observation and phosphorus 31-MRSI observation not using oxygen 17, but the frequency spectrum is always required. Must get. For this reason, a phosphorus 31-MR
When observing I, an observation method and a calculation process in which the spatial coordinates and the frequency spectrum are treated separately are indispensable.

【0017】本発明は上記の点に鑑みてなされたもので
あり、受信信号を単一化学種の酸素17標識リン酸基に
由来するリン31−NMR信号に限定し、他のリン酸化
合物に由来する共鳴信号を消去することで、リン31−
NMR周波数スペクトル観測の必要性をなくし、受信信
号の強度によって、混合リン酸試料中における観測化学
種の有無やその量を知ることを課題としている。
The present invention has been made in view of the above points, and restricts a received signal to a phosphorus 31-NMR signal derived from a single chemical species oxygen-17-labeled phosphate group. By eliminating the originating resonance signal, phosphorus 31-
It is an object of the present invention to eliminate the necessity of NMR frequency spectrum observation and to know the presence or absence and amount of observed chemical species in a mixed phosphoric acid sample based on the intensity of a received signal.

【0018】本発明はまた、傾斜磁場を併用するリン3
1−MRIにおいて、リン31の周波数スペクトルの取
り扱いを省略し、特定の観測空間内における単一化学種
の酸素17標識リン酸基の有無やその量を知ることを課
題としている。
[0018] The present invention also provides a phosphorous 3 with a gradient magnetic field.
In 1-MRI, it is an object to omit the treatment of the frequency spectrum of phosphorus 31 and to know the presence or absence and the amount of a single chemical species of oxygen 17-labeled phosphate group in a specific observation space.

【0019】本発明はまた、リン31−NMR信号を観
測することで、観測試料中のヌクレオシドリン酸を無侵
襲、非破壊に計測することを課題としている。
Another object of the present invention is to measure a nucleoside phosphate in an observation sample in a non-invasive and non-destructive manner by observing a phosphorus 31-NMR signal.

【0020】[0020]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明は、ヌクレオシド3リン酸のベータリン酸基
を周波数選択励起し、かつ、ベータリン酸基を酸素17
標識したヌクレオシドリン酸化合物を測定対象として、
酸素17との分極移動を経由するリン31のNMR信号
のみを選択観測する手段を有する。
In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides a method for frequency-selectively exciting the beta phosphate group of nucleoside triphosphate and converting the beta phosphate group to oxygen 17.
With the labeled nucleoside phosphate compound as the measurement target,
A means is provided for selectively observing only the NMR signal of phosphorus 31 via polarization transfer with oxygen 17.

【0021】また本発明は、ベータリン酸基を酸素17
標識したヌクレオシドリン酸化合物の空間分布を観測す
る。
In the present invention, the beta phosphate group is replaced with oxygen 17
Observe the spatial distribution of the labeled nucleoside phosphate compound.

【0022】[0022]

【発明の実施の形態】図1は、リン31核磁気共鳴信号
の観測装置を現す構成図である。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1 is a block diagram showing an apparatus for observing a phosphorus 31 nuclear magnetic resonance signal.

【0023】磁石1、2はNMR現象に必要な所定の静
磁場を発生し、観測試料は検出器9内部の試料容器3に
静置される。試料容器3の形状は観測する試料に応じて
決めることができる。NMR分光計6には、傾斜磁場電
源10、送信機11、送信機12、受信機13が設置さ
れ、送信機11は酸素17の共鳴周波数のラジオ波を、
送信機12はリン31の共鳴周波数のラジオ波をそれぞ
れ出力する。高周波フィルタ14は酸素17の共鳴周波
数を通過し、高周波フィルタ15はリン31の共鳴周波
数を通過する。酸素17の共鳴周波数のラジオ波は、検
出器9内部の照射コイル4を通じて試料容器3に照射さ
れる。
The magnets 1 and 2 generate a predetermined static magnetic field required for the NMR phenomenon, and the observation sample is placed in the sample container 3 inside the detector 9. The shape of the sample container 3 can be determined according to the sample to be observed. The NMR spectrometer 6 is provided with a gradient magnetic field power supply 10, a transmitter 11, a transmitter 12, and a receiver 13, and the transmitter 11 transmits radio waves having a resonance frequency of oxygen 17,
The transmitter 12 outputs radio waves having the resonance frequency of the phosphorus 31. The high frequency filter 14 passes the resonance frequency of oxygen 17 and the high frequency filter 15 passes the resonance frequency of phosphorus 31. The radio wave having the resonance frequency of the oxygen 17 is applied to the sample container 3 through the irradiation coil 4 inside the detector 9.

【0024】試料中のリン31核を共鳴させる場合は、
切り替え機16は送信機12と照射および検出コイル5
とを接続し、受信機13を遮断する。リン31の共鳴周
波数のラジオ波は、検出器9内部の照射および検出コイ
ル5を通じて試料容器3に照射される。リン31核の共
鳴信号を受信する場合は、切り替え機16は、照射およ
び検出コイル5と受信機13とを接続し、送信機12を
遮断する。リン31の共鳴信号は、照射および検出コイ
ル5で受信され、受信機13に到達する。
To resonate the phosphorus 31 nucleus in the sample,
The switching device 16 includes the transmitter 12 and the irradiation and detection coil 5.
And the receiver 13 is shut off. The sample container 3 is irradiated with the radio wave having the resonance frequency of the phosphorus 31 through the irradiation inside the detector 9 and the detection coil 5. When receiving the resonance signal of the phosphorus 31 nucleus, the switching device 16 connects the irradiation and detection coil 5 to the receiver 13 and shuts off the transmitter 12. The resonance signal of phosphorus 31 is received by the irradiation and detection coil 5 and reaches the receiver 13.

【0025】酸素17リン酸化合物の空間分布を観測す
る場合は、観測パルス系列と同期した磁場勾配パルスが
傾斜磁場電源10から発生され、傾斜磁場コイル7、8
に電流が流れる。傾斜磁場コイル7、8には、一般的な
NMRイメージング装置、MRI装置に用いられる形式
のコイルを使用できる。
When observing the spatial distribution of the oxygen-17-phosphate compound, a magnetic field gradient pulse synchronized with the observation pulse sequence is generated from the gradient magnetic field power supply 10 and the gradient magnetic field coils 7 and 8 are used.
Current flows through As the gradient magnetic field coils 7 and 8, coils of a type used in general NMR imaging apparatuses and MRI apparatuses can be used.

【0026】本発明の特徴は、リン31核用の送信機1
2が、ヌクレオシド3リン酸のベータリン酸基の共鳴周
波数のラジオ波を出力すること、および試料中の酸素1
7標識リン酸基のみを選択観測することによって、試料
中にベータ酸素17標識ヌクレオシド3リン酸以外のリ
ン酸化合物があっても、それらのリン31−NMR信号
は観測せず、ベータ酸素17標識ヌクレオシド3リン酸
のベータリン酸基のリン31−NMR信号のみを観測し
うるところにある。この特徴は、受信機13と送信機1
2に周波数設定装置19が接続されることによってもた
らされる。周波数設定装置19は、受信機13の出力か
らベータ酸素17標識ヌクレオシド3リン酸のベータリ
ン酸基の共鳴周波数を求め、送信機12の出力周波数を
設定する。
A feature of the present invention is that the transmitter 1 for the phosphorus 31 nucleus is used.
2 emits a radio frequency wave at the resonance frequency of the beta-phosphate group of the nucleoside triphosphate;
By selectively observing only the 7-labeled phosphate group, even if a phosphate compound other than beta oxygen 17-labeled nucleoside triphosphate is present in the sample, the phosphorus 31-NMR signal is not observed, and beta oxygen 17-labeled. This is where only the phosphorus 31-NMR signal of the beta phosphate group of nucleoside triphosphate can be observed. The feature is that the receiver 13 and the transmitter 1
2 is connected to the frequency setting device 19. The frequency setting device 19 obtains the resonance frequency of the beta phosphate group of the beta oxygen 17-labeled nucleoside triphosphate from the output of the receiver 13 and sets the output frequency of the transmitter 12.

【0027】図1では、磁石1、2の発生する静磁場と
平行な方向に傾斜磁場を発生する傾斜磁場コイル7、8
を示したが、既知MRI装置のように、静磁場と直行す
る傾斜磁場を発生する傾斜磁場コイルを追加してもよ
い。本発明の特徴は、観測空間内のベータ酸素17標識
ヌクレオシドリン酸のベータリン酸基を観測対象とし
て、酸素17とリン31との分極移動を経由するリン3
1−NMR信号を観測することにあり、この信号が観測
されうるならば、傾斜磁場コイルの配置は何でもよい。
In FIG. 1, gradient coils 7, 8 for generating a gradient magnetic field in a direction parallel to the static magnetic field generated by the magnets 1, 2
However, a gradient magnetic field coil for generating a gradient magnetic field perpendicular to the static magnetic field may be added as in the known MRI apparatus. The feature of the present invention is that the beta phosphate group of beta oxygen 17-labeled nucleoside phosphate in the observation space is targeted for observation, and phosphorus 3 via polarization transfer between oxygen 17 and phosphorus 31 is observed.
1—To observe the NMR signal, and if this signal can be observed, any arrangement of the gradient coil is possible.

【0028】図1では照射コイル4、照射および検出コ
イル5を別個に示したが、単一コイル2重共鳴型の共振
素子を構成して、酸素およびリンの照射検出コイルを1
個にまとめてもよい。コイルの形状は何でもよく、試料
の観測部位に接触または静置させる表面コイルであって
もよい。
Although the irradiation coil 4 and the irradiation and detection coil 5 are shown separately in FIG. 1, a single-coil double resonance type resonance element is formed, and the irradiation and detection coil for oxygen and phosphorus is one.
You may put them together. The coil may be of any shape, and may be a surface coil that is brought into contact with or left at the observation site of the sample.

【0029】図2は、送信機12の周波数決定までの手
順を示す流れ図である。本発明の特徴は、ベータ位を酸
素17標識したヌクレオシド3リン酸のベータリン酸基
を選択励起し、酸素17とリン31の分極移動を観測す
ることにある。すなわち、まずヌクレオシド3リン酸の
ベータリン酸基のリン31−NMR共鳴周波数を計測
し、選択励起の周波数を決定する必要がある。
FIG. 2 is a flowchart showing a procedure up to the determination of the frequency of the transmitter 12. A feature of the present invention resides in that the beta phosphate group of nucleoside triphosphates whose beta position is labeled with oxygen 17 is selectively excited, and polarization transfer between oxygen 17 and phosphorus 31 is observed. That is, it is necessary to first measure the phosphorus 31-NMR resonance frequency of the beta phosphate group of nucleoside triphosphate to determine the frequency of selective excitation.

【0030】ただし、同一試料の繰り返し測定や、ある
試料について選択観測を実施した後に磁化率が同一と見
なせる別の試料を観測するなど、あらかじめベータリン
酸基の共鳴周波数が分かっている場合は、選択励起の周
波数は既知の値を使用すればよい。
However, if the resonance frequency of the beta phosphate group is known in advance, such as by repeatedly measuring the same sample or by observing another sample whose susceptibility can be regarded as being the same after performing selective observation on a certain sample, select The excitation frequency may use a known value.

【0031】図3は、本発明にかかる観測パルス系列を
示すタイミング図である。この観測パルス系列は、ヌク
レオシド3リン酸のベータリン酸基を周波数選択励起す
るとともに、酸素17チャネル第2パルス26の高周波
位相と受信機位相との位相サイクリングによって、酸素
17との分極移動を経由するリン31のNMR信号のみ
を選択観測し、かつ他のリン酸化合物に由来するリン3
1−NMR信号を消去する。
FIG. 3 is a timing chart showing an observation pulse sequence according to the present invention. In this observation pulse sequence, the beta phosphate group of nucleoside triphosphate is frequency-selectively excited, and the phase cycling between the high-frequency phase of the second pulse 26 of the oxygen 17 channel and the receiver phase is performed via the polarization transfer with oxygen 17. Selectively observe only the NMR signal of phosphorus 31 and determine phosphorus 3 derived from other phosphate compounds.
1-Remove NMR signal.

【0032】周波数選択励起は、図3のリン31励起パ
ルス20として実施される。ヌクレオシド3リン酸ベー
タリン酸の共鳴線と、同アルファリン酸基の共鳴線の周
波数差は、静磁場強度11.7T(テスラ)の超伝導磁石を
用いた場合に約2000Hzであり、励起周波数幅2000Hz
以内の選択励起パルス、例えばパルス幅1.5ミリ秒のガ
ウス関数型パルスを用いることで達成される。
The frequency selective excitation is performed as the phosphorus 31 excitation pulse 20 of FIG. The frequency difference between the resonance line of the nucleoside triphosphate beta-phosphate and the resonance line of the alpha-phosphate group is about 2000 Hz when a superconducting magnet having a static magnetic field strength of 11.7 T (tesla) is used, and the excitation frequency width is 2000 Hz.
This is achieved by using a selective excitation pulse within, for example, a Gaussian-type pulse with a pulse width of 1.5 ms.

【0033】本発明におけるリン31の周波数選択励起
は、リン31励起パルス20によってもたらされるので
あり、他の高周波パルス21、25、26の励起周波数
帯域は問題にならない。高周波パルス21、25、26
は矩形パルスでもよく、ガウス関数型などの周波数選択
励起パルスでも何でもよい。
In the present invention, the frequency-selective excitation of phosphorus 31 is provided by the phosphorus 31 excitation pulse 20, and the excitation frequency bands of the other high-frequency pulses 21, 25, and 26 do not matter. High frequency pulses 21, 25, 26
May be a rectangular pulse, or a frequency-selective excitation pulse such as a Gaussian function type.

【0034】図3にはHMQCパルス系列を示したが、
観測パルス系列は、酸素17とリン31との分極移動を
経由するリン31核磁気共鳴信号を観測しうるパルス系
列であれば何でもよく、たとえばINEPTパルス系列
でもよい。
FIG. 3 shows the HMQC pulse sequence.
The observation pulse sequence may be any pulse sequence capable of observing a phosphorus-31 nuclear magnetic resonance signal via polarization transfer between oxygen 17 and phosphorus 31, and may be, for example, an INEPT pulse sequence.

【0035】図4は、本発明にかかる選択的リン31イ
メージングに関する観測パルス系列を示すタイミング図
である。図4では静磁場方向の観測空間を限定するスラ
イス選択のみを表示している。リン31チャネル第1パ
ルス20は図3と同一であり、図3の観測パルス系列と
の違いは、リン31チャネル第1パルス20と同期した
傾斜磁場パルス30を用いることにある。
FIG. 4 is a timing chart showing an observation pulse sequence for the selective phosphorus 31 imaging according to the present invention. FIG. 4 shows only slice selection for limiting the observation space in the static magnetic field direction. The phosphorus 31 channel first pulse 20 is the same as that of FIG. 3, and the difference from the observation pulse sequence of FIG. 3 is that a gradient magnetic field pulse 30 synchronized with the phosphorus 31 channel first pulse 20 is used.

【0036】傾斜磁場パルス30を用いることで、傾斜
磁場中で共鳴条件が成立するリン31の空間分布は
By using the gradient magnetic field pulse 30, the spatial distribution of phosphorus 31 where the resonance condition is satisfied in the gradient magnetic field is

【0037】[0037]

【数3】 (Equation 3)

【0038】で表される。ここに、γは観測核の磁気回
転比、B'は傾斜磁場強度、lは傾斜磁場方向の座標軸
上における磁石中心から観測部位の距離、Δν↓A↓D↓
Cは観測信号の標本化周波数、Δν↓R↓Fは高周波パル
スの励起帯域、minはいずれか一方の小さい方を選択す
る関数である。周波数選択励起を実施してΔν↓R↓Fの
方が標本化周期よりも小さくなるように実験条件を設定
すると、数3は次式のように表せる。
Is represented by Here, γ is the gyromagnetic ratio of the observed nucleus, B 'is the gradient magnetic field strength, l is the distance from the magnet center to the observation site on the coordinate axis in the gradient magnetic field direction, Δν ↓ A ↓ D ↓
C is the sampling frequency of the observation signal, Δν ↓ R ↓ F is the excitation band of the high-frequency pulse, and min is a function that selects one of the smaller ones. When frequency selective excitation is performed and experimental conditions are set such that Δν ↓ R ↓ F is smaller than the sampling period, Equation 3 can be expressed as the following equation.

【0039】[0039]

【数4】 (Equation 4)

【0040】数4は、傾斜磁場を加える座標軸方向にお
いて、選択励起の周波数帯域を狭くするほど、または傾
斜磁場強度を大きくするほど、より狭い空間に分布する
核スピンを観測しうることを示している。
Equation 4 indicates that nuclear spins distributed in a narrower space can be observed as the frequency band of the selective excitation is narrowed or the gradient magnetic field strength is increased in the coordinate axis direction where the gradient magnetic field is applied. I have.

【0041】本発明は、図4の観測パルス系列に示した
傾斜磁場パルス30を用いることにより、傾斜磁場印可
方向の特定の空間に存在する酸素17標識アデノシン3
リン酸のベータ位リン酸基を選択観測しうる。
According to the present invention, by using the gradient magnetic field pulse 30 shown in the observation pulse sequence of FIG. 4, oxygen 17 labeled adenosine 3 existing in a specific space in the gradient magnetic field application direction is used.
The beta phosphate group of phosphoric acid can be selectively observed.

【0042】図3の説明において示したように、ヌクレ
オシド3リン酸ベータリン酸基の共鳴線と、同アルファ
リン酸基の共鳴線の周波数差は、静磁場強度11.7T(テ
スラ)の超伝導磁石を用いた場合に約2000Hzであるか
ら、高周波パルス20の励起帯域を2000Hz、傾斜磁場
パルス30の傾斜磁場強度を0.1T/m(テスラ毎メ
ートル)に設定すれば、傾斜磁場印可方向に観測可能な
試料の厚みは、数4から約1.2mmであることが計算
でき、この範囲に存在するベータ酸素17標識ヌクレオ
シド3リン酸のベータリン酸基が、本発明の観測対象と
なりうる。
As shown in the description of FIG. 3, the frequency difference between the resonance line of the nucleoside triphosphate beta-phosphate group and the resonance line of the alpha-phosphate group is a superconducting magnet having a static magnetic field strength of 11.7 T (tesla). Since the frequency is about 2,000 Hz when using, the excitation band of the high-frequency pulse 20 is set to 2,000 Hz, and the gradient magnetic field intensity of the gradient magnetic field pulse 30 is set to 0.1 T / m (tesla per meter). The possible sample thickness can be calculated to be from about 4 to about 1.2 mm, and the beta phosphate group of beta oxygen 17-labeled nucleoside triphosphate existing in this range can be observed in the present invention.

【0043】図5は、本発明にかかる選択的リン31イ
メージングの観測パルス系列を示すタイミング図であ
り、図4に加えて静磁場方向と直行する平面内に傾斜磁
場を発生する傾斜磁場パルス31、32を追加してあ
る。傾斜磁場パルス31、32の作用は通常のMRIに
おいて用いられる傾斜磁場発生と同一であり、本発明の
選択的リン31観測法は、一般に利用されているMRI
装置の傾斜磁場と組み合わせることが可能である。
FIG. 5 is a timing chart showing an observation pulse sequence of the selective phosphorus 31 imaging according to the present invention. In addition to FIG. 4, a gradient magnetic field pulse 31 for generating a gradient magnetic field in a plane perpendicular to the static magnetic field direction. , 32 are added. The operation of the gradient magnetic field pulses 31 and 32 is the same as that of generating a gradient magnetic field used in ordinary MRI, and the selective phosphorus 31 observation method of the present invention uses the generally used MRI.
It is possible to combine with the gradient magnetic field of the device.

【0044】図6は、本発明にかかるベータ酸素17標
識ヌクレオシド3リン酸の例として、ベータ酸素17標
識アデノシン3リン酸の化学構造を現す平面構造式であ
る。酸素17の標識は、図6のベータ位リン原子40と
結合する酸素原子4個のうち少なくとも1個が酸素17
であればよい。4個の酸素原子のうち2個は他のリン酸
基のリン原子との架橋部分に位置するため、架橋部分に
酸素17原子が標識されたアデノシン3リン酸において
は、アルファ位のリン酸基またはガンマ位のリン酸基に
おいても、酸素17とリン31との分極移動が観測され
うる。しかし、本発明においては、図3に示した周波数
選択励起を用いることにより、酸素17原子がポリリン
酸の架橋部分に標識されていても、ベータ位のリン原子
との分極移動のみが観測される。したがって、ベータ酸
素17標識が架橋部分に位置するか否かを問題にするこ
となく、ベータ位のリン原子に由来する共鳴信号を観測
しうる。
FIG. 6 is a plan structural formula showing the chemical structure of beta oxygen 17-labeled adenosine triphosphate as an example of beta oxygen 17-labeled nucleoside triphosphate according to the present invention. The label for oxygen 17 is that at least one of the four oxygen atoms bonded to the beta-position phosphorus atom 40 in FIG.
Should be fine. Since two of the four oxygen atoms are located at the cross-linking portion of another phosphate group with the phosphorus atom, in the adenosine triphosphate in which the cross-linking portion is labeled with 17 oxygen atoms, the phosphate group at the alpha position Alternatively, also in the phosphate group at the gamma position, polarization transfer between oxygen 17 and phosphorus 31 can be observed. However, in the present invention, by using the frequency selective excitation shown in FIG. 3, even when the oxygen 17 atom is labeled on the cross-linking portion of polyphosphoric acid, only the polarization transfer with the beta-position phosphorus atom is observed. . Therefore, it is possible to observe a resonance signal derived from the phosphorus atom at the beta position without questioning whether or not the beta oxygen 17 label is located at the bridge portion.

【0045】図6には塩基部分がアデノシンであるアデ
ノシン3リン酸を示したが、本発明の選択観測法はベー
タリン酸基が測定対象として酸素17とリン31との分
極移動を経由するリン31のNMR信号を観測するの
で、ヌクレオシド3リン酸の塩基部分の構造は何でもよ
く、例えば塩基部分がグアノシンのグアノシン3リン酸
などでもよい。
FIG. 6 shows adenosine triphosphate whose base moiety is adenosine. According to the selective observation method of the present invention, the beta phosphate group is used as a measurement target for phosphorus 31 via polarization transfer between oxygen 17 and phosphorus 31. Is observed, the structure of the base portion of the nucleoside triphosphate may be anything, for example, guanosine triphosphate having a guanosine base.

【0046】図7は、図6のベータ酸素17標識アデノ
シン3リン酸の末端リン酸基が加水分解されて生じるベ
ータ酸素17標識アデノシン2リン酸の化学構造を現す
平面構造式である。ベータ位の酸素17標識リン酸基
は、アデノシン3リン酸では隣接する2つのリン酸基と
結合していたが、アデノシン2リン酸では隣接リン酸基
が1個のみとなる。この化学構造の差はベータリン酸基
のリン31化学シフトに反映され、アデノシン3リン酸
では約−20ppmであるが、アデノシン2リン酸では
約−8ppmとなる。この化学シフト差を周波数単位に
変換すると、静磁場強度1T(テスラ)あたり約200
Hz、すなわち測定磁場11.7Tの場合は約2400
Hzであり、図3の説明において示した周波数選択励起
パルスを用いて、アデノシン3リン酸のベータリン酸基
を選択励起し、アデノシン2リン酸のベータリン酸基と
識別することが可能になる。
FIG. 7 is a plan structural formula showing the chemical structure of beta oxygen 17-labeled adenosine diphosphate generated by hydrolysis of the terminal phosphate group of beta oxygen 17-labeled adenosine triphosphate in FIG. The beta-17 oxygen 17-labeled phosphate group was bonded to two adjacent phosphate groups in adenosine triphosphate, but in adenosine diphosphate, there was only one adjacent phosphate group. This difference in chemical structure is reflected in the phosphorus 31 chemical shift of the beta phosphate group, which is about -20 ppm for adenosine triphosphate and about -8 ppm for adenosine diphosphate. When this chemical shift difference is converted into frequency units, about 200 per 1 T (tesla) of the static magnetic field strength is obtained.
Hz, that is, about 2400 for a measured magnetic field of 11.7T.
Hz, and the frequency-selective excitation pulse shown in the description of FIG. 3 is used to selectively excite the beta phosphate group of adenosine triphosphate and to distinguish it from the beta phosphate group of adenosine diphosphate.

【0047】生体エネルギー代謝系のモデル実験系とし
て、酵素反応系を選び、本発明の選択観測法を用いてリ
ン酸代謝を選択観測しうる実施形態の例を示す。
An example of an embodiment in which an enzyme reaction system is selected as a model experiment system of a bioenergetic system and phosphate metabolism can be selectively observed by using the selective observation method of the present invention will be described.

【0048】図6および図7で説明したベータ酸素17
標識アデノシン3リン酸および2リン酸を含有する溶液
試料を測定対象とする、選択的リン31−NMR観測の
実施例として、アデノシン2リン酸2分子からアデノシ
ン3リン酸1分子とアデノシン1リン酸1分子を生じる
酵素であるアデニレートキナーゼを使用し、アデニレー
トキナーゼが酵素活性を維持しうる一定温度の緩衝溶液
中に、酵素およびアデノシン2リン酸を溶解して観測を
開始する測定実験を示す。
The beta oxygen 17 described with reference to FIGS.
As an example of selective phosphorus 31-NMR observation using a solution sample containing labeled adenosine triphosphate and diphosphate as an object of measurement, two molecules of adenosine diphosphate and one molecule of adenosine triphosphate and one molecule of adenosine monophosphate are used. Measurement experiment using adenylate kinase, an enzyme that produces one molecule, and dissolving the enzyme and adenosine diphosphate in a buffer solution at a constant temperature where adenylate kinase can maintain the enzyme activity and starting observation Is shown.

【0049】図8は、平衡系の各ヌクレオシドリン酸濃
度が一定に保持されていることを示す説明図であり、横
軸は時間、縦軸はヌクレオシドリン酸の濃度を表す。従
来技術の説明に示した数2の平衡定数が0.7となるよ
う、アデノシン3リン酸、アデノシン2リン酸、アデノ
シン1リン酸、アデニレートキナーゼ酵素をpH7.6
の緩衝液に溶解すると、化学平衡の下で数2の平衡定数
は初期値のまま維持される。
FIG. 8 is an explanatory diagram showing that the concentration of each nucleoside phosphate in the equilibrium system is kept constant. The horizontal axis represents time, and the vertical axis represents the concentration of nucleoside phosphate. The adenosine triphosphate, adenosine diphosphate, adenosine monophosphate, and adenylate kinase enzymes were adjusted to pH 7.6 so that the equilibrium constant of Equation 2 shown in the description of the prior art was 0.7.
When dissolved in the above buffer, the equilibrium constant of Formula 2 is maintained at the initial value under chemical equilibrium.

【0050】図9は、図8を用いて説明した化学平衡下
での混合ヌクレオシドリン酸溶液において、平衡系を構
成するヌクレオシド2リン酸としてベータ酸素17標識
アデノシン2リン酸を用い、また平衡系を構成する他の
ヌクレオシドリン酸として無標識アデノシン1リン酸、
無標識アデノシン3リン酸を用いて、それぞれの溶液中
濃度比が数2の平衡定数を0.7となるように調製した
混合溶液において、酸素17標識アデノシン2リン酸の
濃度が経時的に変化することを示す説明図である。開始
時刻において酸素17標識リン酸基はすべてアデノシン
2リン酸のベータリン酸基として存在するが、数1に示
した化学平衡によって時間とともにアデノシン3リン酸
のベータリン酸基として存在する酸素17標識リン酸基
が増加する。
FIG. 9 shows that in the mixed nucleoside phosphate solution under the chemical equilibrium described with reference to FIG. 8, beta oxygen 17-labeled adenosine diphosphate was used as the nucleoside diphosphate constituting the equilibrium system. Unlabeled adenosine monophosphate as another nucleoside phosphate constituting
The concentration of oxygen-17-labeled adenosine diphosphate changes over time in a mixed solution prepared by using unlabeled adenosine triphosphate so that the equilibrium constant of each of the solutions in Equation 2 becomes 0.7. FIG. At the start time, all of the oxygen 17-labeled phosphate groups exist as beta phosphate groups of adenosine diphosphate, but the oxygen equilibrium 17-labeled phosphate groups that exist as beta phosphate groups of adenosine triphosphate with time due to the chemical equilibrium shown in Equation 1. The group increases.

【0051】本発明の特徴は、酸素17標識リン酸基を
選択観測することにより、図8を用いて説明した化学平
衡下で一定濃度を保持している混合ヌクレオシドリン酸
溶液を測定対象として、図9を用いて説明したように酸
素17標識リン酸基がアデノシン2リン酸からアデノシ
ン3リン酸に移動する様子を追跡しうる点にある。
The feature of the present invention is that, by selectively observing the oxygen-17-labeled phosphate group, the mixed nucleoside phosphate solution having a constant concentration under the chemical equilibrium described with reference to FIG. As described with reference to FIG. 9, it is possible to trace the transfer of the oxygen-17-labeled phosphate group from adenosine diphosphate to adenosine triphosphate.

【0052】本発明の選択観測法を用いることで、化学
構造が類似したヌクレオシドリン酸化合物が混合状態に
ある試料を測定対象として、アデノシン3リン酸のベー
タリン酸基として存在する酸素17標識リン酸基のみを
選択観測し、エネルギー代謝系の経時変化を無侵襲に計
測することが可能である。
By using the selective observation method of the present invention, a sample in which a nucleoside phosphate compound having a similar chemical structure is in a mixed state is measured, and an oxygen 17-labeled phosphate existing as a beta phosphate group of adenosine triphosphate is measured. By selectively observing only groups, it is possible to non-invasively measure changes over time in the energy metabolism system.

【0053】図10は、図8を用いて説明した化学平衡
下での混合ヌクレオシドリン酸溶液を測定対象として観
測したリン31−NMRスペクトルを表す模式図であ
る。共鳴線61はアデノシン3リン酸ガンマリン酸基お
よびアデノシン2リン酸ベータリン酸基およびアデノシ
ン1リン酸アルファリン酸基に由来し、共鳴線62はア
デノシン3リン酸アルファリン酸基およびアデノシン2
リン酸アルファリン酸基に由来し、共鳴線63はアデノ
シン3リン酸ベータリン酸基に由来する。この混合ヌク
レオシドリン酸溶液では平衡定数が0.7となるよう溶
液組成が保持されているので、非選択的観測では3本の
共鳴線の強度は時間が経過しても一定である。
FIG. 10 is a schematic diagram showing a phosphorus 31-NMR spectrum observed using the mixed nucleoside phosphoric acid solution under the chemical equilibrium described with reference to FIG. 8 as an object to be measured. The resonance line 61 is derived from adenosine triphosphate gamma phosphate group, adenosine diphosphate beta phosphate group and adenosine monophosphate alpha phosphate group, and the resonance line 62 is derived from adenosine triphosphate alpha phosphate group and adenosine 2 phosphate group.
The resonance line 63 is derived from the adenosine triphosphate beta phosphate group due to the alpha phosphate group. In the mixed nucleoside phosphoric acid solution, the solution composition is maintained so that the equilibrium constant becomes 0.7, so that the intensity of the three resonance lines is constant over time in non-selective observation.

【0054】図11は、図10を用いて説明した混合ヌ
クレオシドリン酸溶液を測定試料とし、酸素17とリン
31との分極移動を経由するリン31−NMRスペクト
ルを表す模式図である。共鳴線71は酸素17標識アデ
ノシン2リン酸ベータリン酸基に由来し、共鳴線72は
酸素17標識アデノシン3リン酸ベータリン酸基に由来
する。図9を用いて説明したように、平衡定数が一定に
保持されても、酸素17−リン31分極移動を観測する
ことで、化学平衡によってアデノシン2リン酸に含まれ
る酸素17標識リン酸基が減少し、アデノシン3リン酸
に含まれる酸素17標識が増加する様子を追跡できる。
ただし、分極移動を観測するだけでは、アデノシン2リ
ン酸に含まれる酸素17標識リン酸基も、アデノシン3
リン酸に含まれる酸素17標識も、ともに観測されるの
で、観測信号を分光して化学種を識別する必要がある。
FIG. 11 is a schematic diagram showing a phosphorus-31 NMR spectrum through the polarization transfer of oxygen 17 and phosphorus 31 using the mixed nucleoside phosphoric acid solution described with reference to FIG. 10 as a measurement sample. The resonance line 71 is derived from the oxygen 17-labeled adenosine triphosphate beta phosphate group, and the resonance line 72 is derived from the oxygen 17-labeled adenosine triphosphate beta phosphate group. As described with reference to FIG. 9, even when the equilibrium constant is kept constant, by observing the oxygen 17-phosphorus 31 polarization transfer, the oxygen 17-labeled phosphate group contained in adenosine diphosphate can be determined by chemical equilibrium. It is possible to follow the decrease and increase of the oxygen 17 label contained in adenosine triphosphate.
However, only by observing the polarization transfer, the oxygen 17-labeled phosphate group contained in adenosine diphosphate can be converted to adenosine 3 phosphate.
Since the oxygen 17 label contained in the phosphoric acid is also observed together, it is necessary to identify the chemical species by spectroscopy of the observed signal.

【0055】図12は、本発明にかかる周波数選択励起
パルスを用いる分極移動法を測定手段とし、図10を用
いて説明した混合ヌクレオシドリン酸溶液を測定試料と
して観測した、リン31−NMRスペクトルを表す模式
図である。共鳴線73は酸素17標識アデノシン3リン
酸ベータリン酸基に由来する。図3の選択励起パルス2
0の周波数を、図1の周波数設定機19によってアデノ
シン3リン酸のベータリン酸基の共鳴周波数と一致させ
ることで、アデノシン2リン酸に含まれる酸素17標識
リン酸基の信号を観測せず、アデノシン3リン酸に含ま
れる酸素17標識リン酸基の信号のみを観測する。
FIG. 12 shows a phosphorus 31-NMR spectrum obtained by using the polarization transfer method using a frequency-selective excitation pulse according to the present invention as a measuring means and observing the mixed nucleoside phosphoric acid solution described with reference to FIG. 10 as a measuring sample. FIG. The resonance line 73 is derived from the oxygen 17-labeled adenosine triphosphate beta phosphate group. Selective excitation pulse 2 in FIG.
By making the frequency of 0 coincide with the resonance frequency of the beta phosphate group of adenosine triphosphate by the frequency setting machine 19 of FIG. 1, the signal of the oxygen 17-labeled phosphate group contained in adenosine diphosphate is not observed, Only the signal of the oxygen 17-labeled phosphate group contained in adenosine triphosphate is observed.

【0056】図12の選択観測では、測定試料中に、酸
素17標識リン酸基を含むヌクレオシドリン酸化学種が
複数存在しても、リン31−NMRスペクトルの共鳴線
は、ベータ酸素17標識アデノシン3リン酸のベータリ
ン酸基の共鳴線1本だけを観測しうる。この点におい
て、本発明は、公知の酸素17−リン31分極移動を利
用する選択観測法と異なる。
In the selective observation shown in FIG. 12, even if a plurality of nucleoside phosphate species containing an oxygen 17-labeled phosphate group exist in the measurement sample, the resonance line of the phosphorus 31-NMR spectrum shows the beta oxygen 17-labeled adenosine. Only one resonance line of the beta phosphate group of the triphosphate can be observed. In this regard, the present invention differs from the known selective observation method utilizing oxygen 17-phosphorus 31 polarization transfer.

【0057】図12の選択観測においては、観測対象が
ベータ酸素17標識アデノシン3リン酸のベータリン酸
基のみで他のリン31−NMR信号は標識の有無によら
ず消去されるので、観測した信号強度自体が、観測空間
における平均的な試料濃度と対応している。したがっ
て、他のヌクレオシドリン酸化学種と識別するための分
光は特に必要なく、共鳴信号の強度だけが分かればよ
い。
In the selective observation shown in FIG. 12, the object to be observed is only the beta phosphate group of beta oxygen 17-labeled adenosine triphosphate, and the other phosphorus 31-NMR signals are erased regardless of the presence or absence of the label. The intensity itself corresponds to the average sample concentration in the observation space. Therefore, spectroscopy for distinguishing from other nucleoside phosphate chemical species is not particularly required, and only the intensity of the resonance signal need be known.

【0058】[0058]

【発明の効果】上記詳述したごとく、本発明によれば、
複数化学種のヌクレオシドリン酸化合物が混在し、かつ
リン酸化合物の濃度がお互いに平衡状態にある混合試料
において、ベータ位を酸素17標識したヌクレオシド3
リン酸のベータリン酸基に由来するリン31−NMR信
号のみを受信し、その量的変化、経時変化を観測、追跡
することが可能になる。
As described in detail above, according to the present invention,
In a mixed sample in which nucleoside phosphate compounds of a plurality of chemical species are mixed and the concentrations of the phosphate compounds are in equilibrium with each other, nucleoside 3 labeled with oxygen 17 at the beta position is used.
Only the phosphorus 31-NMR signal derived from the beta phosphate group of the phosphoric acid is received, and the quantitative change and the change with time can be observed and tracked.

【0059】本発明により、酸素17標識リン酸化合物
と化学的に等価なリン酸化合物があらかじめ試料中に存
在しても、その信号は観測せず、投薬した酸素17標識
リン酸化合物の経時変化のみを計測できる。酸素17標
識リン酸化合物以外のリン酸化合物が試料中に存在する
か否か、それらのリン酸化合物のリン31−NMR共鳴
周波数が観測対象のベータ酸素17標識ヌクレオシドと
重複するか否かは問題ではなく、ベータ酸素17標識ヌ
クレオシドのリン31−NMR信号のみを追跡できる。
According to the present invention, even if a phosphate compound chemically equivalent to the oxygen 17-labeled phosphate compound is present in the sample in advance, the signal is not observed, and the time-dependent change of the administered oxygen 17-labeled phosphate compound is not observed. Only can be measured. The question is whether or not phosphate compounds other than the oxygen 17-labeled phosphate compound are present in the sample, and whether or not the phosphorus 31-NMR resonance frequency of those phosphate compounds overlaps with the beta oxygen 17-labeled nucleoside to be observed. Instead, only the phosphorus 31-NMR signal of the beta oxygen 17 labeled nucleoside can be tracked.

【0060】本発明のリン31核磁気共鳴信号の観測法
は、通常のリン31−NMR観測と同様に、試料に対し
て無侵襲、非破壊に観測試料中のヌクレオシドリン酸に
由来するリン31−NMR信号を観測できる。
The method of observing the phosphorus 31 nuclear magnetic resonance signal of the present invention is similar to ordinary phosphorus 31-NMR observation, and non-invasively and non-destructively affects phosphorus 31 derived from nucleoside phosphate in the observed sample. -NMR signals can be observed.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】リン31核磁気共鳴信号の観測装置を現す構成
図。
FIG. 1 is a configuration diagram showing a phosphorus 31 nuclear magnetic resonance signal observation device.

【図2】本発明にかかる信号観測法の送信周波数決定ま
での手順を示す流れ図。
FIG. 2 is a flowchart showing a procedure up to determination of a transmission frequency in the signal observation method according to the present invention.

【図3】本発明にかかる周波数選択励起パルスを含む酸
素17−リン31HMQCパルス系列を示すタイミング
図。
FIG. 3 is a timing chart showing an oxygen 17-phosphorus 31 HMQC pulse sequence including a frequency selective excitation pulse according to the present invention.

【図4】本発明にかかる周波数選択励起パルスを含む1
次元リン31イメージングの観測パルス系列を示すタイ
ミング図。
FIG. 4 includes a frequency-selective excitation pulse according to the present invention.
FIG. 9 is a timing chart showing an observation pulse sequence of the dimensional phosphorus 31 imaging.

【図5】本発明にかかる周波数選択励起パルスを含む3
次元リン31イメージングの観測パルス系列を示すタイ
ミング図。
FIG. 5 includes a frequency selective excitation pulse 3 according to the invention.
FIG. 9 is a timing chart showing an observation pulse sequence of the dimensional phosphorus 31 imaging.

【図6】ベータ酸素17標識アデノシン3リン酸の化学
構造を現す平面構造式を示す図。
FIG. 6 is a diagram showing a planar structural formula representing a chemical structure of beta oxygen 17-labeled adenosine triphosphate.

【図7】ベータ酸素17標識アデノシン2リン酸の化学
構造を現す平面構造式を示す図。
FIG. 7 is a diagram showing a planar structural formula representing a chemical structure of beta oxygen 17-labeled adenosine diphosphate.

【図8】平衡系を構成する混合ヌクレオシドリン酸溶液
中で各ヌクレオシドリン酸濃度が一定に保持されている
ことを示す説明図。
FIG. 8 is an explanatory diagram showing that each nucleoside phosphate concentration is kept constant in a mixed nucleoside phosphate solution constituting an equilibrium system.

【図9】平衡系を構成する混合ヌクレオシドリン酸溶液
中で酸素17標識アデノシン2リン酸および酸素17標
識アデノシン3リン酸の濃度が経時的に変化することを
示す説明図。
FIG. 9 is an explanatory diagram showing that the concentrations of oxygen 17-labeled adenosine diphosphate and oxygen 17-labeled adenosine triphosphate change with time in a mixed nucleoside phosphate solution constituting an equilibrium system.

【図10】公知の非選択的リン31−NMR観測法で化
学平衡にある混合ヌクレオシドリン酸溶液を観測した場
合のリン31−NMRスペクトルを表す説明図。
FIG. 10 is an explanatory diagram showing a phosphorus 31-NMR spectrum when a mixed nucleoside phosphoric acid solution in chemical equilibrium is observed by a known nonselective phosphorus 31-NMR observation method.

【図11】公知の酸素17−リン31分極移動観測法で
化学平衡にある混合ヌクレオシドリン酸溶液を観測した
場合のリン31−NMRスペクトルを表す説明図。
FIG. 11 is an explanatory diagram showing a phosphorus 31-NMR spectrum when a mixed nucleoside phosphoric acid solution in chemical equilibrium is observed by a known oxygen 17-phosphorus 31 polarization transfer observation method.

【図12】本発明にかかる、周波数選択励起パルスを含
む酸素17−リン31分極移動観測法により、化学平衡
にある混合ヌクレオシドリン酸溶液を観測した場合のリ
ン31−NMRスペクトルを表す説明図。
FIG. 12 is an explanatory diagram showing a phosphorus 31-NMR spectrum when a mixed nucleoside phosphoric acid solution at a chemical equilibrium is observed by an oxygen 17-phosphorus 31 polarization transfer observation method including a frequency-selective excitation pulse according to the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1,2…磁石、 3…試料容器、 4…酸素17照射コイル、 5…リン31照射および検出コイル、 6…NMR分光計、 7,8…傾斜磁場コイル、 9…検出器、 10…傾斜磁場電源、 11…酸素17照射回路、 12…リン31照射回路、 13…受信器、 14…高周波フィルタ、 15…高周波フィルタ、 16…切り替え器、 19…周波数設定装置、 20…リン31チャネル第1パルス、 21…リン31チャネル第2パルス、 22,23…待ち時間、 24…信号受信期間、 25…酸素17チャネル第1パルス、 26…酸素17チャネル第2パルス、 27,28…待ち時間、 29…酸素17チャネル連続照射パルス、 30…Z軸傾斜磁場パルス、 35…X軸エンコードパルス、 36…Y軸傾斜磁場パルス、 40…ベータリン酸基、 41…アデノシン、 61…非選択的観測法で観測したアデノシン3リン酸ガ
ンマリン酸基およびアデノシン2リン酸ベータリン酸基
のリン31−NMR共鳴線、 62…非選択的観測法で観測したアデノシン3リン酸ア
ルファリン酸基およびアデノシン2リン酸アルファリン
酸基のリン31−NMR共鳴線、 63…非選択的観測法で観測したアデノシン3リン酸ベ
ータリン酸基のリン31−NMR共鳴線、 71…分極移動法で観測したアデノシン3リン酸ガンマ
リン酸基およびアデノシン2リン酸ベータリン酸基のリ
ン31−NMR共鳴線、 72…分極移動法で観測したアデノシン3リン酸ベータ
リン酸基のリン31−NMR共鳴線、 73…本発明の選択励起分極移動法で観測したアデノシ
ン3リン酸ベータリン酸基のリン31−NMR共鳴線。
1, 2, magnet; 3, sample container; 4, oxygen 17 irradiation coil; 5, phosphorus 31 irradiation and detection coil; 6, NMR spectrometer; 7, 8, gradient coil; 9, detector, 10: gradient magnetic field Power supply, 11 ... Oxygen 17 irradiation circuit, 12 ... Phosphorus 31 irradiation circuit, 13 ... Receiver, 14 ... High frequency filter, 15 ... High frequency filter, 16 ... Switcher, 19 ... Frequency setting device, 20 ... Phosphorus 31 channel first pulse 21: phosphorus 31 channel second pulse 22, 23: waiting time, 24: signal reception period, 25: oxygen 17 channel first pulse, 26 ... oxygen 17 channel second pulse, 27, 28 ... waiting time, 29 ... Oxygen 17 channel continuous irradiation pulse, 30 ... Z axis gradient magnetic field pulse, 35 ... X axis encode pulse, 36 ... Y axis gradient magnetic field pulse, 40 ... beta phosphate group, 41 Adenosine, 61 ... Phosphorus 31-NMR resonance line of adenosine triphosphate gamma phosphate group and adenosine diphosphate beta phosphate group observed by non-selective observation method, 62 ... Adenosine triphosphate alpha observed by non-selective observation method Phosphorus 31-NMR resonance line of phosphate group and adenosine diphosphate alpha phosphate group, 63 ... Phosphorus 31-NMR resonance line of adenosine triphosphate beta phosphate group observed by non-selective observation method, 71 ... Polarization transfer method 73-phosphorus 31-NMR resonance line of adenosine triphosphate gamma phosphate group and adenosine diphosphate beta phosphate group observed in step 72; phosphorus 31-NMR resonance line of adenosine triphosphate beta phosphate group observed by polarization transfer method; 73 ... Phosphorus 31-NMR resonance line of adenosine triphosphate beta phosphate group observed by the selective excitation polarization transfer method of the present invention.

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】ベータリン酸基に天然存在比よりも高い割
合の酸素17を含有するヌクレオシド3リン酸を測定対
象とし、観測の際にベータリン酸基のリン31核を周波
数選択励起し、酸素17との分極移動を経由するリン3
1核磁気共鳴信号を観測し、ベータ酸素17ヌクレオシ
ド3リン酸のベータリン酸基に由来するリン31核磁気
共鳴信号を観測することを特徴とするリン31核磁気共
鳴信号検出方法。
1. A nucleoside triphosphate containing a higher proportion of oxygen 17 in a beta phosphate group than the natural abundance is measured, and at the time of observation, the phosphoric acid 31 nucleus of the beta phosphate group is frequency-selectively excited to obtain oxygen 17 3 via polarization transfer with
1. A method for detecting a phosphorus-31 nuclear magnetic resonance signal, comprising: observing a nuclear magnetic resonance signal and observing a phosphorus-31 nuclear magnetic resonance signal derived from a beta phosphate group of beta oxygen 17 nucleoside triphosphate.
【請求項2】試料空間に傾斜磁場を発生して、ベータリ
ン酸基に天然存在比よりも高い割合の酸素17を含有す
るヌクレオシド3リン酸を測定対象とし、観測の際にベ
ータリン酸基のリン31核を周波数選択励起し、酸素1
7との分極移動を経由するリン31核磁気共鳴信号を観
測し、ベータ酸素17標識ヌクレオシド3リン酸のベー
タリン酸基に由来し、かつ酸素17との分極移動を経由
するリン31核磁気共鳴信号の空間分布像を得ることを
特徴とするリン31核磁気共鳴イメージング方法。
2. A gradient magnetic field is generated in the sample space to measure a nucleoside triphosphate containing a higher proportion of oxygen 17 in the beta phosphate group than the natural abundance ratio. 31 frequency-selective excitation of 31 nuclei, oxygen 1
And a phosphorous-31 nuclear magnetic resonance signal originating from the beta-phosphate group of beta-oxygen-17-labeled nucleoside triphosphate and passing through the polarization transfer with oxygen-17. 31 nuclear magnetic resonance imaging method characterized by obtaining a spatial distribution image of
【請求項3】請求項1のリン31核磁気共鳴信号検出方
法において、送信機および受信機の中心周波数をベータ
酸素17ヌクレオシド3リン酸のベータリン酸基の共鳴
周波数と一致させることを特徴とするリン31核磁気共
鳴信号検出方法。
3. The method for detecting a phosphorus-31 nuclear magnetic resonance signal according to claim 1, wherein the center frequency of the transmitter and that of the receiver are made to coincide with the resonance frequency of the beta phosphate group of beta oxygen 17 nucleoside triphosphate. Phosphorus 31 nuclear magnetic resonance signal detection method.
【請求項4】請求項2のリン31核磁気共鳴イメージン
グ方法において、送信機および受信機の中心周波数をベ
ータ酸素17ヌクレオシド3リン酸のベータリン酸基の
共鳴周波数と一致させることを特徴とするリン31核磁
気共鳴イメージング方法。
4. The phosphorus-31 nuclear magnetic resonance imaging method according to claim 2, wherein the center frequency of the transmitter and the receiver is matched with the resonance frequency of the beta phosphate group of beta oxygen 17 nucleoside triphosphate. 31 Nuclear magnetic resonance imaging method.
【請求項5】請求項1のリン31核磁気共鳴信号検出方
法において、高周波パルスの中心周波数を設定する際
に、ベータ酸素17標識ヌクレオシド3リン酸のベータ
リン酸基の周波数選択励起に必要な中心周波数が既知で
あれば、その既知の中心周波数を用いることを特徴とす
るリン31核磁気共鳴信号検出方法。
5. The method according to claim 1, wherein when setting the center frequency of the high-frequency pulse, the center necessary for frequency-selective excitation of the beta phosphate group of beta oxygen 17-labeled nucleoside triphosphate is set. A method for detecting a phosphorus-31 nuclear magnetic resonance signal, comprising using a known center frequency if the frequency is known.
【請求項6】請求項2のリン31核磁気共鳴イメージン
グ方法において、高周波パルスの中心周波数を設定する
際に、ベータ酸素17標識ヌクレオシド3リン酸のベー
タリン酸基の周波数選択励起に必要な中心周波数が既知
であれば、その既知の中心周波数を用いることを特徴と
するリン31核磁気共鳴信号イメージング方法。
6. The phosphorus 31 nuclear magnetic resonance imaging method according to claim 2, wherein the center frequency required for frequency-selective excitation of the beta phosphate group of beta oxygen 17-labeled nucleoside triphosphate when the center frequency of the high frequency pulse is set. Is used, the known center frequency is used, the method of imaging a phosphorus 31 nuclear magnetic resonance signal.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004508858A (en) * 2000-09-12 2004-03-25 アメルシャム ヘルス アクスイェ セルスカプ A method for magnetic resonance studies of samples using nuclear spins polarized magnetic resonance imaging agents.

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JP2004508858A (en) * 2000-09-12 2004-03-25 アメルシャム ヘルス アクスイェ セルスカプ A method for magnetic resonance studies of samples using nuclear spins polarized magnetic resonance imaging agents.

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