Abstract
Purpose : The water exchange rate between bulk water and bound water is an important parameter in deciding the efficiency of paramagnetic contrast agents. In this study, we evaluated the water exchange rates of various Gd-chelates using oxygen-17 NMR technique. Material and Methods : The samples (Gd-DTPA, Gd-DTPA-BMA, Gd-DOTA, Gd-EOB-DTPA) were prepared by mixing 5% $^{17}O-enriched$ water (Isotech, USA). The pH of the samples was adjusted to physiological value [pH=7.0] by buffer solution. The variable temperature $^{17}O-NMR$ measurements were performed using Bruker-600 (14.1 T, 81.3 MHz) spectrometer. Bruker VT-1000 temperature control units were used to stabilize the temperature. The $^{17}O$ spin-spin relaxation times (T2) were measured using Carr-Purcell-Meiboom-Gill (CPMG)I pulse sequence with 24 echo trains. The variable temperature T2 relaxation data were then fitted into Solomon-Bloembergen equations using least square fit algorithm to estimate the water exchange times. Results : From the measured $^{17}O-NMR$ relaxation rates, the determined water exchange rates at 300K are $0.42{\;}{\mu}s$ for Gd-DTPA, $1.99{\;}{\mu}s$ for Gd-DTPA-BMA, $0.27{\;}{\mu}s$ for Gd-DOTA, and $0.11{\;}{\mu}s$ for Gd-EOB-DTPA. The Gd-DTPA-BMA showed slowest exchange whereas Gd-EOB-DTPA had fastest water exchange rate. In addition, it was found that the water exchange rates (${\tau}_m$) of all samples had exponential temperature dependence with different decay constant. Conclusion : $^{17}O-NMR$ relaxation rate measurements, when combined with variable temperature technique, provide a solid tool for studying water exchange rate, which is very important in investigating the detailed mechanism of relaxation enhancement effect of the paramagnetic contrast agents.
목적 : 자성 자기공명조명제의 효율을 결정하는데는 상자성물질의 물분자 결합위치에 구속되어 있는 물분자와 자유 물분자사이의 물분자 교환율이 매우 중요한 역할을 담당한다. 따라서 본 연구에서는 $^{17}O-NMR$기법을 사용하여 현재 상용화 되어 있는 Gd 자기공명조영제 및 최근 간특이성 자기공명조영제로 제안되고 있는 Gd-EOB-DTPA의 물분자 교율을 측정하고자 하였다. 대상 및 방법 본 연구에 사용된 조영제는 Gd-DTPA, Gd-DTPA-BMA, Gd-DOTA, Gd-EOB-DTPA 이며 여기에 Isotech 사의 5% $^{17}O$로 치환된 증류수를 혼합하여 사용하였다. 결과적인 시료의 pH는 buffer용액을 사용하여 pH=7로 고정하였으며 다양한 온도에서 Bruker-600 (14.1 T, 81.3 MHz)모델의 NMR장비를 사용하여 측정하였다. 에코열 24개의 Carr-Purcell-Meiboom-Gill (CPMG) 펄스 시권스를 사용하여 $^{17}O$의 스핀-스핀 이완시간(T2)을 측정하고 이렇게 얻어진 T2 데이터는 최소자승법을 이용하여 Solomon-Bloembergen방정식에 fitting시켜서 최종적으로 각 조명제의 물분자 교환율을 계산하였다. 결과 : 측정된 각 조영제의 물분자 교환시간은 300k의 온도에서는 Gd-DTPA의 경우 0.427, Gd-DTPA-BMA의 경우 $1.99{\;}{\mu}s$, Gd-DOTA의 경우 $0.27{\;}{\mu}s$, Gd-EOB-DTPA의 경우 $0.11{\;}{\mu}s$로 나타났으며 이러한 물분자 교환시간은 온도에 따라 변화함을 알았다. 물분자 교환시간의 온도 의존성은 모든 조영제에서 지수함수의 형태로 나타났으나 조영제에 따라 온도가 올라감에 따라 물분자 교환시간이 감소하는 감소율에서는 차이를 나타내었다. 결론 : 상자성 조영제의 relaxation enhancement 기전을 이해하는데는 물분자 교환율에 대한 정보가 매우 중요하며 이러한 물분자 교환율을 정확히 측정하는데는 $^{17}O-NMR$기법이 매우 유용함을 알 수 있었다.