Für ortsaufgelöste Messungen stehen uns zwei wassergekühlte Microimagingsysteme mit aktiv abgeschirmten Gradienten zu Verfügung, die sich hinsichtlich Innendurchmesser (ID) und Gradientenstärke unterscheiden (Micro2.5: ID 40 mm, 1.5 Tesla/m; Mini0.5: ID 57 mm, 0.2 Tesla/m). Der verfügbare Platz wird durch die jeweiligen Probenköpfe mit den entsprechenden Spulen leider noch etwas weiter eingeschränkt: Für in vivo Messungen stehen uns auswechselbare Resonatoren mit 10, 25, 30 und 38 mm ID sowie eine 8-mm Solenoidspule und eine Reihe von Oberflächenspulen zu Verfügung, die zum überwiegenden Teil "X-kernfähig" sind.

Für Messungen an perfundierten Organen oder Zellen, bei denen keine Ortsauflösung notwendig ist, verfügen wir über eine ganze Palette von Probenköpfen, mit denen alle biologisch relevanten Kerne selektiv detektiert werden können (¹H, ¹³C, ¹⁷O, ¹⁹F, ²³Na, ³¹P, ⁸⁷Rb, ¹³³Cs). Die Probenköpfe sind mit Innendurchmessern von 5, 10, 20 und 30 mm sowohl für hochaufgelöste Spektroskopie an Gewebeextrakten als auch für physiologische Untersuchungen an isolierten Herzen (Maus, Ratte, Meerschweinchen) geeignet.

Isofluran wird auch im humanen Bereich eingesetzt und von Mäusen und Ratten gut toleriert. Etwa 1-2 Minuten nach Beendigung der MR-Untersuchungen klettern die Tiere bereits wieder munter in ihren Käfigen herum. Nach Einleiten der Narkose wird das Versuchstier vorsichtig in das Halterungssystems des Probenkopf eingebracht und dort sorgfältig fixiert (Fotos rechts), damit es während der Messungen nicht verrutschen kann. Anschließend wird der gesamte Aufbau in den Magneten überführt.

Die Perfusion und die adäquate Versorgung des Herzens erfolgt über die Aorta (vgl. die Abbildungen rechts oben und links) mit einer speziellen Pufferlösung, (Krebs-Henseleit Buffer, KHB) bei einem physiologischen Druck von 100 mmHg. Das Herz wird dann mit einer ganzen Menge von Kabeln zur Erfassung der funktionellen Parameter in ein 10-mm-NMR-Röhrchen überführt und anschließend – genauso wie die narkotisierte Maus – im sensitiven Volumen des Magneten (siehe rechts oben) bei 37 °C platziert. Ein langer schwarzer Rüssel (nebenstehendes Bild) sorgt dafür, daß das Herz auch im Innern des Magneten entsprechend seines Bedarfes versorgt wird. In der Mitte des Fotos erkennt man das Pufferreservoir sowie eine Reihe von Pumpen, die sicherstellen, daß die Flüssigkeit im NMR-Röhrchen nicht überläuft.

Ganz rechts schließt sich dann noch der Meßturm zur Bestimmung physiologischer Variablen an. Routinemäßig werden neben den über die NMR-Spektroskopie zugänglichen Größen (vgl. Energetik, Stoffwechsel und Myoglobin) folgende Parameter erfaßt: der linksventrikulär entwickelte Druck (LVDP), die Druckanstiegsgeschwindigkeit (dP/dt), die Herzfrequenz, der koronare Fluß sowie der myokardiale Sauerstoffverbrauch. Des weiteren erhält man durch die Untersuchung des Effluats Auskunft über Substanzen, die vom Herzen unter Streßsituationen (wie z.B. Sauerstoffmangel) als Botenstoffe freigesetzt werden.

Um eine zufriedenstellende Zeitauflösung bei der Aufnahme der NMR-Spektren zu erhalten, wird eine relativ große Zellzahl (etwa 10⁸) in einem kleinen Volumen (ca. 1 cm³) benötigt. Dies läßt sich bei der Untersuchung von in Suspension wachsenden Zellen (z.B. Lymphozyten) relativ problemlos realisieren. Um diese großen Zellzahlen auch bei adhärent wachsenden Kulturen (wie z.B. Endothel- und Muskelzellen) zu erreichen, ist es notwendig, die im Probenvolumen zu Verfügung stehende Wachstums- bzw. Anheftungsfläche zu maximieren. Hierfür können microcarrier beads (kleine beschichtete Kugeln), Dialyse-Membranen, hollow fiber bioreactors (speziell entwickelte Brutreaktoren) sowie Agarose- bzw. Basalmembrangel-Fäden benutzt werden.

Ganz ähnlich wie oben für das isolierte Herz beschrieben, werden die Zellen zur Messung in ein NMR-Röhrchen überführt und im Magneten bei 37 °C mit einer Perfusionsapparatur versorgt. Auch hier verhindern Absaugpumpen eine Überflutung des Probenkopfes. Da die Zellen nicht "aufgehängt" sind, muß durch eine poröse Scheibe dafür Sorge getragen werden, daß die Zellen im sensitiven Volume zurückgehalten werden (vgl. nebenstehende Abbildung).

Opfert man die zeitliche Dynamik, so eröffnet die Messung von absolut homogenen Proben über einen erheblich längeren Zeitraum jedoch experimentelle Perspektiven, die ansonsten nahezu unmöglich zu realisieren sind:

• hochaufgelöste Spektren
• Fingerprintanalysen
• ¹³C-Markierungsexperimente (vgl. Stoffwechsel)
• Metabolomics via ¹H und ¹³C
• kompliziertere NMR-Experimente (z.B. 2D-Korrelationen etc.)

Nebenstehende Abbildung gibt ein Beispiel für die erhöhte spektrale Auflösung, die man beim Übergang vom perfundierten Organ (unten) zum Gewebeextrakt (oben) gewinnt – offensichtlich bleiben im unteren Spektrum eine ganze Reihe von Details verborgen.

Es soll jedoch nicht unerwähnt bleiben, daß hierfür eine adäquate Aufarbeitung der Proben vonnöten ist. Das Gewebe muß sofort nach Entnahme mit flüssigem Stickstoff schockgefroren werden, um alle metabolischen Prozesse schlagartig zu stoppen. Anschließend erfolgt dann die Extraktion mit starken Säuren (z.B. Perchlorsäure), die die cytosolischen Komponenten zugänglich macht und gleichzeitig alle Proteine denaturiert.