Los investigadores de la Universidad de Duke han dado un gran paso hacia la realización de una nueva forma de resonancia magnética que podría registrar reacciones bioquímicas en el cuerpo a medida que ocurren.
En la edición del 25 de marzo de Avances científicos , informan el descubrimiento de una nueva clase de etiquetas moleculares que mejoran las señales de resonancia magnética en 10,000 veces y generan señales detectables que duran más de una hora. Las etiquetas son biocompatibles y económicas de producir, allanando el camino para el uso generalizado de la resonancia magnéticaImagenología MRI para controlar los procesos metabólicos de afecciones como el cáncer y las enfermedades cardíacas en tiempo real.
"Esto representa una clase completamente nueva de moléculas que no se parece en nada a lo que la gente pensaba que podría convertirse en etiquetas de resonancia magnética", dijo Warren S. Warren, profesor James B. Duke y presidente de física de Duke, yautor principal del estudio: "Visualizamos que podría proporcionar una forma completamente nueva de utilizar la resonancia magnética para aprender sobre la bioquímica de la enfermedad".
MRI aprovecha una propiedad llamada spin, que hace que los núcleos en los átomos de hidrógeno actúen como pequeños imanes. La aplicación de un campo magnético fuerte, seguido de una serie de ondas de radio, induce a estos imanes de hidrógeno a transmitir sus ubicaciones.Los átomos de hidrógeno en el cuerpo están unidos en el agua, la técnica se utiliza en entornos clínicos para crear imágenes detalladas de tejidos blandos como órganos, vasos sanguíneos y tumores dentro del cuerpo.
Pero la técnica también tiene el potencial de mostrar la química del cuerpo en acción, dijo Thomas Theis, profesor asistente de investigación de química en Duke y coautor del artículo. "Con la resonancia magnética en general, tienes esta sensibilidad única a los químicostransformaciones. Puedes verlas y rastrearlas en tiempo real ", dijo Theis.
La capacidad de MRI para rastrear las transformaciones químicas en el cuerpo ha sido limitada por la baja sensibilidad de la técnica, lo que hace que sea imposible detectar un pequeño número de moléculas sin utilizar campos magnéticos inalcanzablemente masivos.
Durante la última década, los investigadores han estado desarrollando métodos para "hiperpolarizar" moléculas biológicamente importantes, convirtiéndolas en lo que Warren llama "bombillas" de resonancia magnética.
Con esta señal aumentada, estas "bombillas" se pueden detectar incluso en números bajos. "La hiperpolarización les da 10.000 veces más señal de la que tendrían normalmente si hubieran sido magnetizadas en un campo magnético ordinario", dijo Warren.
Aunque prometedor, Warren dice que estas técnicas de hiperpolarización enfrentan dos problemas fundamentales: equipo increíblemente costoso, alrededor de 3 millones de dólares por una máquina, y la mayoría de estas bombillas moleculares se queman en cuestión de segundos.
"Es difícil tomar una imagen con un agente que solo es visible por segundos, y hay muchos procesos biológicos que nunca podrías esperar ver", dijo Warren. "Queríamos tratar de descubrir qué moléculas podrían darseñales extremadamente duraderas para que pueda ver procesos más lentos "
Jerry Ortiz Jr., un estudiante graduado de Duke y coautor del artículo, sintetizó una serie de moléculas que contienen diazarinas, una estructura química que está compuesta de dos átomos de nitrógeno unidos en un anillo. Las diazirinas fueron un objetivo prometedorpara la detección porque su geometría atrapa la hiperpolarización en un "estado oculto" donde no puede relajarse rápidamente.
Utilizando un enfoque simple y económico para la hiperpolarización llamado SABER-SHEATH, en el que las etiquetas moleculares se mezclan con una forma de hidrógeno polarizada por rotación y un catalizador, los investigadores pudieron hiperpolarizar rápidamente una de las moléculas que contienen diazirina, en gran medidamejorando sus señales de resonancia magnética durante más de una hora.
Qiu Wang, profesor asistente de química en Duke y coautor del artículo, dijo que esta estructura es un objetivo particularmente emocionante para la hiperpolarización porque ya se ha demostrado como una etiqueta para otros tipos de imágenes biomédicas.
"Se puede etiquetar en moléculas pequeñas, macro moléculas, aminoácidos, sin cambiar las propiedades intrínsecas del compuesto original", dijo Wang. "Estamos realmente interesados en ver si sería posible usarlo como una imagen generaletiqueta."
Los científicos creen que su catalizador SABER-SHEATH podría usarse para hiperpolarizar una amplia variedad de estructuras químicas a una fracción del costo de otros métodos.
"Podrías imaginar, en cinco o diez años, tienes el recipiente con el catalizador, tienes el bulbo con el gas hidrógeno. En un minuto, has hecho el agente hiperpolarizado, y sobre la marcharealmente podría tomar una imagen ", dijo Warren." Eso es algo que es simplemente inconcebible por cualquier otro método ".
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Materiales proporcionados por Universidad de Duke . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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