Fullerenos para exploraciones de resonancia magnética más detalladas

Si tiene la suerte de no haber visitado nunca antes el interior de una máquina de resonancia magnética, probablemente todavía esté familiarizado con ella: enormes objetos con forma de anillo que envuelven a una persona y la escanean ruidosamente para crear imágenes detalladas en 3D con fines de diagnóstico. Desde su introducción en el mundo médico hace más de cuatro décadas, las máquinas de resonancia magnética han permitido a los médicos e investigadores utilizar datos 3D para diversos fines de diagnóstico e investigación. Pero como ocurre con toda máquina, constantemente se proponen actualizaciones para mejorar algún aspecto u otro, ya sea tamaño, costo, ruido, funciones o capacidades.

Una resonancia magnética típica funciona creando un gran campo magnético. Esto obliga a los protones de las moléculas de agua en el cuerpo o muestra a alinearse. Luego, la máquina emite ondas de radio que desalinean estos protones, de modo que vuelven a alinearse bajo la fuerza del campo magnético. A medida que se realinean, los protones emiten una señal de radio reveladora que la máquina detecta y utiliza para identificar el tipo de tejido del que procede la señal. Pero como ya habrás comprendido, esto significa que las máquinas de resonancia magnética típicas se limitan a la detección de muestras ricas en agua. Entonces, los investigadores buscaron una manera de ampliar el alcance de lo que las máquinas pueden detectar, y aquí es donde entra en juego una nueva investigación del Departamento de Química.

«Una forma establecida de mejorar el detalle y el contenido de información de las imágenes de resonancia magnética es utilizar objetivos químicos en el paciente o la muestra. El DNP funciona de esta manera, pero requiere agentes para polarizar las moléculas objetivo, y eso a su vez requiere temperaturas extremadamente frías o criogénicas y condiciones de campo magnético alto. Pero demostramos una forma más fácil de polarizar objetivos», dijo el profesor Nobuhiro Yanai del Departamento de Química. «Nuestro trabajo muestra que mediante el uso de moléculas especialmente diseñadas llamadas fullerenos, podemos aumentar la tasa de polarización al 14,2% en una muestra de material desordenado similar al vidrio. Este nivel es lo suficientemente alto para aplicaciones biológicas donde un umbral del 10% es el mínimo deseado; de lo contrario, las moléculas polarizadas se descomponen demasiado rápido para que sus señales produzcan imágenes útiles».

Los fullerenos, también conocidos como buckybolas, son redes geométricas tridimensionales de átomos de carbono que han llamado la atención de los investigadores porque pueden modificarse de diferentes maneras para crear materiales funcionales. En este caso, Yanai y su equipo agregaron ciertas modificaciones a los fullerenos que impidieron que sus rotaciones permanecieran polarizadas. Cuando se colocan en una muestra, los electrones de estos fullerenos transfieren su polarización de espín a los núcleos de los átomos cercanos, y es esta polarización la que se traduce en señales más fuertes que los sensores de imágenes pueden detectar. Y todo lo que los investigadores deben hacer para convencer a sus fullerenos especiales, llamados isómeros trans-3a, es iluminarlos con cierto tipo de luz.

«La polarización de los objetivos se realiza fuera del cuerpo. Después de la polarización, la muestra se disuelve y el fullereno, que podría ser dañino, se elimina antes de inyectarlo en un paciente hipotético», dijo el estudiante graduado Keita Sakamoto. «Debido a que este método, triplete-DNP, evita la necesidad de un refrigerante de helio líquido, puede funcionar con equipos mucho más simples y de menor costo. También hace posible polarizar en masa sondas químicas de diagnóstico como piruvato o medicamentos anticancerígenos que la resonancia magnética convencional no puede detectar. Nuestro próximo objetivo es desarrollar matrices biocompatibles para que podamos hiperpolarizar moléculas de importancia médica. Planeamos demostrar primero la resonancia magnética de alta sensibilidad en modelos animales. Si esos experimentos tienen éxito y se realizan ensayos clínicos A continuación, esperamos que esta tecnología pueda llegar a entornos médicos reales en unos 10 o 20 años”.