Esta imagen de un microscopio electrónico de transmisión de alta resolución muestra uno de los agentes de contraste de resonancia magnética basados en grafeno de la Universidad de Rice, nanopartículas de unos 10 nanómetros de diámetro que son tan delgadas que son difíciles de distinguir. Crédito:C.S. Tiwari / Rice University
Grafeno las láminas de carbono atómicamente delgadas que los científicos de materiales esperan usar para todo, desde nanoelectrónica y descongeladores de aviones hasta baterías e implantes óseos, también puede encontrar uso como agentes de contraste para imágenes de resonancia magnética (MRI), según una nueva investigación de la Universidad de Rice.
"Tienen muchas ventajas en comparación con los agentes de contraste disponibles convencionalmente, "La investigadora de Rice, Sruthi Radhakrishnan, dijo sobre los puntos cuánticos basados en grafeno que ha estudiado durante los últimos dos años." Prácticamente todos los agentes de contraste ampliamente utilizados contienen metales tóxicos, pero nuestro material no tiene metal. Es solo carbono hidrógeno, oxígeno y flúor, y en todas nuestras pruebas hasta ahora no ha mostrado signos de toxicidad ".
Los hallazgos iniciales de las nanopartículas de Rice, discos de grafeno que están decorados con átomos de flúor y moléculas simplemente orgánicas que los hacen magnéticos, se describen en un nuevo artículo en la revista Particle and Particle Systems Characterization.
Pulickel Ajayan, el científico de materiales de Rice que dirige el trabajo, dijo que los puntos cuánticos de óxido de grafeno fluorado podrían ser particularmente útiles como agentes de contraste de resonancia magnética porque podrían estar dirigidos a tipos específicos de tejidos.
"Existen métodos probados y verdaderos para unir biomarcadores a nanopartículas de carbono, por lo que uno podría imaginarse fácilmente el uso de estos puntos cuánticos para desarrollar agentes de contraste específicos de tejido, "Ajayan dijo." Por ejemplo, este método podría usarse para apuntar selectivamente a tipos específicos de cáncer o lesiones cerebrales causadas por la enfermedad de Alzheimer. Ese tipo de especificidad no está disponible con los agentes de contraste actuales ".
Sruthi Radhakrishnan, estudiante de posgrado de la Universidad de Rice, pasó dos años desarrollando un proceso para hacer puntos cuánticos basados en grafeno que podrían usarse como agentes de contraste de resonancia magnética. Crédito:Jeff Fitlow / Rice University
Los escáneres de resonancia magnética generan imágenes de las estructuras internas del cuerpo utilizando fuertes campos magnéticos y ondas de radio. Como pruebas de diagnóstico, Las resonancias magnéticas a menudo brindan más detalles que los rayos X sin la radiación dañina, y como un resultado, El uso de la resonancia magnética ha aumentado considerablemente durante la última década. Más de 30 millones de resonancias magnéticas se realizan anualmente en los EE. UU.
Radhakrishnan dijo que su trabajo comenzó en 2014 después de que el equipo de investigación de Ajayan descubrió que agregar flúor al grafito o al grafeno hacía que los materiales se vieran bien en las resonancias magnéticas.
Todos los materiales están influenciados por campos magnéticos, incluidos los tejidos animales. En los escáneres de resonancia magnética, un poderoso campo magnético hace que los átomos individuales de todo el cuerpo se alineen magnéticamente. Se utiliza un pulso de energía de radio para interrumpir esta alineación, y la máquina mide cuánto tardan los átomos en diferentes partes del cuerpo en volver a alinearse. Con base en estas medidas, el escáner puede generar una imagen detallada de las estructuras internas del cuerpo.
Los agentes de contraste de resonancia magnética acortan la cantidad de tiempo que tardan los tejidos en realinearse y mejoran significativamente la resolución de las imágenes de resonancia magnética. Casi todos los agentes de contraste disponibles comercialmente están hechos de metales tóxicos como el gadolinio, hierro o manganeso.
"Trabajamos con un equipo del MD Anderson Cancer Center para evaluar la citocompatibilidad de los puntos cuánticos de óxido de grafeno fluorado, "Radhakrishnan dijo." Usamos una prueba que mide la actividad metabólica de cultivos celulares y detecta la toxicidad como una caída en la actividad metabólica. Incubamos puntos cuánticos en cultivos de células renales durante hasta tres días y no encontramos una muerte celular significativa en los cultivos. incluso en las concentraciones más altas ".
A diferencia de la mayoría de los agentes de contraste de resonancia magnética utilizados actualmente, Los puntos cuánticos de óxido de grafeno fluorado de la Universidad de Rice no contienen metales tóxicos y podrían potencialmente estar dirigidos a tipos específicos de tejidos. Crédito:Jeff Fitlow / Rice University
Los estudios de Radhakrishnan de puntos cuánticos de óxido de grafeno fluorado se pueden realizar en menos de un día, pero pasó dos años perfeccionando la receta para ellos. Ella comienza con láminas de grafeno del tamaño de una micra que han sido fluoradas y oxidadas. Cuando estos se agregan a un solvente y se agitan durante varias horas, se rompen en pedazos más pequeños. Hacer el material más pequeño no es difícil, pero el proceso para fabricar partículas pequeñas con las propiedades magnéticas adecuadas es exigente. Radhakrishnan dijo que no hubo un "momento eureka" en el que de repente lograra los resultados correctos al tropezar con la mejor fórmula. Bastante, el proyecto estuvo marcado por mejoras incrementales a través de decenas de modificaciones menores.
"Requería mucha optimización, ", dijo." La receta es muy importante ".
Radhakrishnan dijo que planea continuar estudiando el material y espera eventualmente participar para demostrar que es seguro y efectivo para las pruebas clínicas de resonancia magnética.
"Me gustaría verlo aplicado comercialmente de forma clínica porque tiene muchas ventajas en comparación con los agentes disponibles convencionalmente, " ella dijo.
