Development of Novel Diffusion NMR Methods: Preclinical Applications in Colloidal Model Systems

Kärnmagnetisk resonans, NMR, är en teknik som har många användningsområden, inte minst används NMR som en bildgivande teknik för diagnostisering av skador och sjuk- domar, vilket görs med så kallade MR-kameror. Med hjälp av diffusions-NMR kan man mäta vattenmolekylers rörelse, d.v.s. vattnets diffusion. Diffusions-NMR gör det möjligt att mäta hur långt vattenmolekylerna rör sig i olika riktningar. Diffusion kallas för anisotropisk om molekyler har möjlighet att förflytta sig långa sträckor i en riktning, men bara kortare sträckor i en annan riktning. Anisotropisk diffusion kan användas för avbildning av mikroskopiska strukturer, till exempel nervfibrer i vit hjärnvävnad. Nervfibrerna kan liknas vid långa rör där vattnet inuti röret kan förflytta sig fritt i riktningen längs med röret, men stoppas från att förflytta sig i vinkelrät riktning. Nervfibrerna i hjärnan är mycket mindre än upplösningen i MR-kameran och det kan finnas många fibrer i ett och samma bildgivande volymelement, voxel. Om de olika nervfibrerna inuti en voxel har flera olika riktningar, kan det verka som att vattnet diffunderar lika mycket i alla riktningar och det mikroskopiska strukturerna kan inte bli detekterade med vanlig diffusions-NMR.
I detta arbete har nya metoder för att påvisa förekomsten av mikroskopisk anisotropi utvecklats, även i de situationer då strukturerna har flera olika riktningar. Dessa metoder har utvärderats i så kallade flytande kristaller som kan tillverkas genom att blanda surfaktanter och vatten.
Ett annat bra modelsystem, för utvärdering av diffusions-NMR, är jäst utblandat i vatten. Jästcellerna liknar mänskliga celler på många sätt. Vattenmolekylerna utanför cellerna kan röra sig fritt, medan vattenmolekylerna inuti stoppas av cellmembranet. Diffusions-NMR kan detektera både vattnet som rör sig fritt och vattnet som är instängt i cellen. I detta arbete har diffusions-NMR används för att mäta hur vatten transporteras genom cellmembranet i speciella genmodifierade jästceller.