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Nuevo compuesto mejora los agentes de contraste de resonancia magnética
La resonancia magnética (MRI) se ha convertido en una herramienta de diagnóstico médico indispensable debido a su capacidad para producir imágenes detalladas en 3D de los tejidos del cuerpo. Los radiólogos a menudo inyectan a los pacientes agentes de contraste para hacer que ciertos tejidos, como los tumores, se destaquen más en la imagen final. Ahora, los investigadores han sintetizado un agente de contraste de resonancia magnética que es 15 veces más sensible que los compuestos que se utilizan actualmente. Esto podría permitir el uso de menos agente de contraste, reduciendo así el potencial de efectos secundarios dañinos.
Nano pirámide: Los iones de gadolinio (verde) están unidos químicamente a la superficie de un nano diamante para formar un agente de contraste de resonancia magnética 15 veces más sensible que los actuales.
Los investigadores crearon el nuevo compuesto uniendo químicamente los iones de gadolinio con nano diamantes, pequeños grupos de átomos de carbono de unos pocos nanómetros de diámetro. El gadolinio, un metal de tierras raras, se usa en agentes de contraste de resonancia magnética debido a sus fuertes propiedades paramagnéticas (magnetismo en respuesta a un campo magnético aplicado). Pero por sí solo, el gadolinio es tóxico, por lo que debe unirse a otras moléculas biocompatibles para su uso clínico. Muchos grupos han estado tratando de mejorar las propiedades de los agentes de contraste a base de gadolinio uniendo el metal a una variedad de materiales, que van desde grandes moléculas orgánicas hasta nanopartículas.
Hemos hecho esto con muchas clases de nanopartículas y nunca hemos visto este extraordinario aumento en la sensibilidad, dice Thomas J. Meade , profesora de química Eileen M. Foell y directora del Centro de Imagen Molecular Avanzada de la Universidad Northwestern. Él y sus colegas publicaron sus hallazgos en línea en Nano letras el mes pasado.
Meade colaboró con Dean Ho , profesor asistente de ingeniería biomédica y mecánica en Northwestern, y su grupo, que ha estado estudiando nano diamantes como vehículos para la administración de fármacos. A diferencia de algunos nanomateriales de carbono, Ho dice que los nanodiamantes son bien tolerados por las células y no cambian la expresión génica de forma adversa. Los investigadores combinaron los nano diamantes con gadolinio y probaron las propiedades del complejo resultante para evaluar qué tan bueno podría ser un agente de contraste de resonancia magnética.
La resonancia magnética funciona rodeando al paciente con un poderoso campo magnético, que alinea los núcleos de los átomos de hidrógeno en el cuerpo. Los pulsos de ondas de radio sondean sistemáticamente pequeñas secciones de tejidos, desalineando esos átomos. Cuando se relajan y vuelven a su estado anterior, los átomos emiten una señal de radiofrecuencia que puede detectarse y traducirse en una imagen.
Debido a sus fuertes propiedades paramagnéticas, el gadolinio altera la relajación de los átomos de hidrógeno cuando está cerca. Los agentes de contraste que contienen gadolinio se pueden diseñar para que se acumulen preferentemente en los tumores, mejorando así el contraste entre el tumor y el tejido circundante. La capacidad del agente de contraste para alterar la relajación de los átomos de hidrógeno se expresa como relajación, que explica el tiempo de relajación y la concentración de gadolinio en los tejidos.
La alta capacidad de relajación del compuesto de nanodiamante de gadolinio se puede atribuir en parte a su capacidad para atraer agua, lo que ayuda a aumentar la señal de resonancia magnética. Si miras la forma de un nano diamante, es como una pelota de fútbol pero más angular alrededor de las caras, dice Ho. No es totalmente redondo. Las diferentes caras tienen cargas positivas y negativas alternas, lo que ayuda a orientar las moléculas de agua de tal manera que crean una capa apretada de agua alrededor del nanodiamante.
Los investigadores probaron el nano diamante de gadolinio en diferentes tipos de células en el laboratorio y no encontraron evidencia de toxicidad. El siguiente paso, dice Ho, es probar la seguridad y eficacia del compuesto como agente de contraste en animales. Estamos emocionados de ver qué tipo de rendimiento mejorado podemos obtener, dice Ho.
Creo que es un sistema muy interesante, dice Kenneth N. Raymond , profesor de química en la Universidad de California en Berkeley. Obviamente, tienen un aumento de un orden de magnitud en la relajación que es bastante significativo. Muchos investigadores han intentado unir iones de gadolinio a compuestos de alto peso molecular, como proteínas y dendrímeros, dice. El pequeño nano diamante, que yo sepa, es bastante novedoso y, creo, una cosa muy inteligente de hacer.
Actualmente, los radiólogos necesitan inyectar lo que equivale a varios gramos de gadolinio en un paciente para obtener un buen contraste en una resonancia magnética. Al aumentar diez veces la sensibilidad del agente de contraste, podría usar una décima parte de la cantidad de gadolinio, dice Raymond. Existe mucha preocupación en la clínica para ciertas clases de pacientes acerca de la toxicidad del gadolinio. La toxicidad está muy relacionada con la dosis.