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Resonancia magnética multicolor para imágenes moleculares
La resonancia magnética (IRM) es un caballo de batalla clínico que produce imágenes tridimensionales exquisitamente detalladas de tumores, vasos sanguíneos, huesos y estructuras en el interior del cuerpo. Las imágenes de resonancia magnética están en tonos de gris y su contraste se basa en la cantidad de agua que hay en la parte del cuerpo que se está estudiando. Ahora, los físicos han fabricado partículas magnéticas en miniatura que podrían iluminar la resonancia magnética con un arco iris de colores que transmiten una gran cantidad de información sobre los estados patológicos y el comportamiento de los tejidos del cuerpo.
Mini imanes: Inyectadas en el cuerpo, las partículas magnéticas a microescala (arriba) pueden producir imágenes de resonancia magnética coloreadas que permiten a los médicos examinar los fundamentos moleculares de las enfermedades, incluido el cáncer. En la parte inferior hay una cuadrícula de mini imanes antes de que se retiren de la oblea semiconductora en la que se fabrican utilizando técnicas estándar de la industria informática.
La investigación sobre estas partículas, en curso en el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología, en Boulder, CO, se encuentra en sus primeras etapas y las partículas no se han probado en animales. Pero si la resonancia magnética multicolor cumple su promesa, podría proporcionar información visual a nivel de genes, proteínas y otras moléculas. Los investigadores esperan que tales imágenes moleculares eventualmente se conviertan en parte de la medicina personalizada, permitiendo a los médicos ver literalmente los procesos subyacentes a la inflamación o el crecimiento tumoral de un paciente individual y luego prescribir la terapia correcta con menos conjeturas. La mayoría de las técnicas de formación de imágenes moleculares son ópticas e involucran etiquetas fluorescentes como las diminutas partículas de material semiconductor conocidas como puntos cuánticos. Pero la luz emitida por estas etiquetas puede viajar a través de solo un centímetro de tejido, por lo que no son muy útiles para obtener imágenes de órganos. La resonancia magnética proporciona una mirada no invasiva debajo de la superficie.
Las imágenes de resonancia magnética se generan a partir de señales de radiofrecuencia emitidas por moléculas de agua dentro del cuerpo. Cuando se enciende el potente imán circular que rodea al paciente, los núcleos de átomos de hidrógeno dentro del cuerpo del paciente se alinean con el campo magnético. Un pulso de radiofrecuencia los desalinea y, cuando vuelven a su posición, liberan el exceso de energía en forma de ondas de radio.
Las partículas diseñadas por el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) actúan como imanes en miniatura, provocando un cambio predecible en la frecuencia de las ondas de radio emitidas por el agua que fluye a través de ellas. La magnitud de este cambio está directamente relacionada con el tamaño y la forma de las partículas, que consisten en dos imanes de níquel en forma de disco unidos por postes no magnéticos. Los variados cambios de radiofrecuencia se pueden mapear en el espectro de colores de la luz visible.
Podemos diseñar el color que queramos, dice Gary Zabow, físico de la división electromagnética del NIST que dirige el desarrollo de las partículas. Usando técnicas de microfabricación que son estándar en la industria de la computación, dice, obtenemos estos colores controlando la forma exacta de las partículas.
Los microimanes cambian la frecuencia de solo las ondas de radio emitidas por el agua que viaja entre sus discos constituyentes. Si este espacio está bloqueado, dice Zabow, las partículas no tienen ningún efecto sobre la señal de resonancia magnética. En consecuencia, los microimanes podrían actuar como sensores químicos en miniatura. Podría bloquear deliberadamente el espacio con un material que se derrita a una cierta temperatura o que sea de alguna manera reactivo, expandiéndose o encogiéndose bajo condiciones específicas dentro del cuerpo, dice Zabow.
Ya existen agentes de contraste para resonancia magnética, y algunos de ellos incluso pueden dirigirse a tejidos o tipos de células particulares. Al igual que los microimanes del NIST, estos agentes hacen que parte de la imagen se vea más brillante o más oscura al cambiar las frecuencias de radio emitidas por los protones. Sin embargo, a diferencia de las partículas del NIST, se fabrican mediante técnicas químicas, por lo que las dimensiones de sus partículas no se pueden controlar con cuidado. Como consecuencia, cambian las frecuencias de las señales de los protones de manera impredecible. En promedio, proporcionan un contraste con la señal de resonancia magnética estándar, pero no pueden ofrecer distinciones locales más precisas.
Si pusiera dos [agentes de este tipo], no podría notar la diferencia entre ellos, dice Richard Bowtell , profesor de física en el Instituto de Neurociencia de la Universidad de Nottingham, en Inglaterra. Sin embargo, cada partícula del NIST produce una firma distinta. Si los coloca todos simultáneamente, podría ver qué señal pertenece a cuál, dice Bowtell.
Los microimanes, descritos esta semana en la revista Naturaleza , se han fabricado hasta ahora a partir de níquel, que es tóxico. Pero Zabow dice que podrían fabricarse fácilmente con hierro, que no es tóxico y es magnético. Los investigadores están explorando la idea de usar las partículas como sensores de las condiciones fisiológicas dentro del cuerpo, dice Zabow, pero advierte que solo ahora están dando el primer paso en esa dirección, planificando pruebas en las células.