Methoden zur Evaluation von Zytotoxizit¨at und Struktur ... - OPUS

4.4 Transversale Relaxation als Indikator für Zellwachstum 153
feration einer Verdünnung des Mediums um 18 % entspricht, verursacht die Konzen-
trationsabnahme somit einen T2-Anstieg von 15 ms.
(a)
T 2 [ms]
135
130
125
120
115
110
105
100
95
90
85
0.11 0.12 0.13 0.14 0.15 0.16 0.17 0.18 0.19
Concentration [g/5ml]
Abbildung 4.64: Auswirkung des Nährstoffverbrauches auf T2 während der Zellproliferation. (a) Ausschnitt
der Spektren aus Abbildung 4.63 zur anschaulichen Darstellung des Nährstoffverbrauches im
ppm-Bereich 4 bis 2.5. (b) T2-Relaxation in Abhängigkeit der BHI-Konzentration, gemessen bei 17.6 T
und 30 ◦ C.
4.4.4.4.2 pH-Einfluss durch Bakterienmetabolismus
Der pH-Wert einer Lösung hat vor allem bei Molekülen mit ionisierbarer und aus-
tauschbarer funktioneller Gruppe, und damit auch bei zahlreichen Aminosäuren, ei-
ne große Wirkung auf die transversale Relaxation. Verändert sich der pH, so ändert
sich das Verhältnis zwischen protoniertem und deprotoniertem Zustand und damit
die chemische Austauschrate. Theoretisch beschreibt die Luz-Meiboom-Gleichung für
ein Zwei-Spin-System mit schnellem chemischen Austausch die Relaxationsrate in
Abhängigkeit der 180 ◦ -Puls-Rate in der CPMG-Sequenz [163] (Abschnitt 3.5.2.2):
�
1
R2(τ) = R2(0) +
kb
(b)
�� � � � ��
2 kbτ �
1 − tanh Piδω
kbτ 2
2 i
(4.3)
mit τ, der zeitlichen Verzögerung zwischen dem 90 ◦ und dem 180 ◦ Puls, R2(0) der
transversalen Relaxationsrate in Abwesenheit von Austausch, kb der chemischen Aus-
tauschrate, Pi der Protonenfraktion in der chemischen Umgebung i und δωi, der Dif-
ferenz der chemischen Verschiebung zwischen den austauschenden Spin-Spezies in
Einheit der Frequenz. Pi kann hier direkt aus der Henderson-Hasselbalch-Gleichung
berechnet und damit der pH miteinbezogen werden. In Übereinstimmung mit theo-
retischen Berechnungen konnte die starke pH-Abhängigkeit der Austauschrate kb für