Metabolische Untersuchungen Lebender Zellen Im Minutentakt, Ermöglicht Durch Schnelle Parawasserstoff‐basierte Hyperpolarisation

ZUSAMMENFASSUNG Hyperpolarisierte (HP) 13 C Kernspinresonanzspektroskopie (NMR) ermöglicht die Beobachtung metabolischer Prozesse in Echtzeit, ist jedoch aufgrund komplexer Präparationsverfahren und eines geringen experimentellen Durchsatzes typischerweise auf Einzelmessungen beschränkt. In dieser Arbeit demonstrieren wir einen schnellen und experimentell zugänglichen Workflow für zeitlich kontrollierte HP‐NMR Messungen in lebenden Zellen. Mittels SABRE‐SHEATH bei 0.4 µT, konnten wir 7.7 ± 0.2 % 13 C Polarisation bei 50 mM [1‐ 13 C]Pyruvate in 60 s erreichen. Eine einfache 1:50‐Verdünnung mit phosphatgepuffertem D 2 O ergab eine zellverträgliche Lösung die, ohne mehrstufigen Aufreinigungsprozess, 1,3 mM Pyruvat mit 5,3 ± 0,4 % Polarisation enthielt. In Kombination mit einem vereinfachten Agarosekügelchen‐Immobilisierungsansatz ermöglichte dies vier Injektionen von hyperpolarisiertem Pyruvat in dieselbe HeLa‐Zellpopulation innerhalb von 7 Minuten. Bei schnellen Injektionsintervallen (≈2 min) nahm die Pyruvat‐zu‐Laktat‐Umwandlung schrittweise ab, während bei 20‐minütigen Intervallen mit intermittierender Perfusion des Zellmediums eine stabile metabolische Umsetzung erhalten blieb. Diese Ergebnisse demonstrieren, dass eine schnelle, wiederholte Substratzufuhr die metabolische Umsetzungsfähigkeit der Zellen vorübergehend beeinträchtigen kann. Dieser experimentell gut zugängliche Ansatz ermöglicht die Untersuchung kurzzeitiger Stoffwechseldynamiken, welche mit herkömmlichen Einzelmessungen der HP‐NMR oder langen, thermisch polarisierten NMR‐Experimenten nicht möglich ist.