Una imagen de microscopio electrónico muestra iones de bismuto (líneas oscuras) dentro de nanotubos de carbono. El material creado en la Universidad de Rice es un agente de contraste que puede permitir a los médicos rastrear el progreso de las células madre en el cuerpo con un escáner de tomografía computarizada. Crédito:Eladio Rivera / Rice University
Los científicos de la Universidad de Rice han atrapado bismuto en una jaula de nanotubos para etiquetar las células madre para el seguimiento de rayos X.
El bismuto es probablemente más conocido como el elemento activo en un elixir popular para asentar el estómago y también se usa en cosméticos y aplicaciones médicas. El químico de Rice Lon Wilson y sus colegas están insertando compuestos de bismuto en nanotubos de carbono de pared simple para hacer un agente de contraste más eficaz para los escáneres de tomografía computarizada (TC).
Detalles del trabajo del equipo de Wilson's Rice y colaboradores en la Universidad de Houston, Hospital Episcopal de San Lucas, y el Texas Heart Institute aparecen en el Revista de Química de Materiales B .
Esta no es la primera vez que se prueba el bismuto para tomografías computarizadas, y el laboratorio de Wilson ha estado experimentando durante años con agentes de contraste basados en nanotubos para escáneres de imágenes por resonancia magnética (MRI). Pero esta es la primera vez que alguien combina bismuto con nanotubos para obtener imágenes de células individuales, él dijo.
"En algún momento, nos dimos cuenta de que nadie había realizado un seguimiento de las células madre, o cualquier otra celda que podamos encontrar, por CT, ", Dijo Wilson." La TC es mucho más rápida, más económico y conveniente, y la instrumentación está mucho más extendida (que la resonancia magnética). Entonces pensamos que si colocamos bismuto dentro de los nanotubos y los nanotubos dentro de las células madre, es posible que podamos rastrearlos in vivo en tiempo real ".
Las imágenes de células madre mesenquimales tomadas con un escáner de tomografía computarizada (TC) muestran un fuerte contraste entre las células marcadas con nanotubos que no incluyen bismuto (izquierda) y las que sí lo hacen (derecha). Crédito:Eladio Rivera / Rice University
Los experimentos hasta la fecha confirman su teoría. En pruebas que utilizan células madre mesenquimales derivadas de la médula ósea de cerdo, Wilson y el autor principal Eladio Rivera, ex investigador postdoctoral en Rice, descubrió que los nanotubos llenos de bismuto, que ellos llaman Bi @ US-tube, producen imágenes de TC mucho más brillantes que las de los agentes de contraste comunes a base de yodo.
"Antes se pensaba en el bismuto como un agente de contraste para TC, pero ponerlo en cápsulas de nanotubos nos permite introducirlos dentro de las células en altas concentraciones, "Dijo Wilson." Eso nos permite tomar una imagen de rayos X de la célula ".
Las cápsulas están hechas de un proceso químico que corta y purifica los nanotubos. Cuando los tubos y el cloruro de bismuto se mezclan en una solución, se combinan con el tiempo para formar tubos Bi @ US.
Las cápsulas de nanotubos tienen entre 20 y 80 nanómetros de largo y aproximadamente 1,4 nanómetros de diámetro. "Son lo suficientemente pequeños como para difundirse en la celda, donde luego se agregan en un grupo de unos 300 nanómetros de diámetro, ", dijo." Creemos que el surfactante utilizado para suspenderlos en medios biológicos se elimina cuando pasan a través de la membrana celular. Los nanotubos son lipofílicos, así que cuando se encuentran en la celda se mantienen unidos ".
Una imagen de rayos X de células madre mesenquimales sin marcar en tubos de ensayo muestra la gran diferencia entre las marcadas con nanotubos que no incluyen bismuto (izquierda) y las que sí (derecha). La técnica desarrollada en la Universidad de Rice parece prometedora para rastrear células madre vivas en el cuerpo. Crédito:Eladio Rivera / Rice University
Wilson dijo que los estudios de su equipo mostraron que las células madre absorben fácilmente los tubos Bi @ US sin afectar su función. "Las células se ajustan con el tiempo a la incorporación de estos trozos de carbono y luego se dedican a sus actividades, " él dijo.
Los tubos Bi @ US tienen claras ventajas sobre los agentes de contraste a base de yodo de uso común, Dijo Wilson. "El bismuto es un elemento pesado, cerca de la parte inferior de la tabla periódica, y más eficaz en la difracción de rayos X que casi cualquier otra cosa que pueda usar, ", dijo. Una vez que el bismuto esté encapsulado en los nanotubos, el agente puede producir un alto contraste en concentraciones muy pequeñas. Las superficies de los nanotubos se pueden modificar para mejorar la biocompatibilidad y su capacidad para atacar ciertos tipos de células. También se pueden modificar para su uso con MRI, Tomografía por emisión de positrones y sistemas de formación de imágenes por resonancia paramagnética electrónica.
El laboratorio de Rice está trabajando para duplicar la cantidad de bismuto en cada nanotubo. "Los iones de bismuto parecen entrar en los nanotubos por acción capilar, y creemos que podemos mejorar el proceso para al menos duplicar el contraste, quizás más, ", dijo." Entonces nos gustaría combinar bismuto y gadolinio en un nanotubo para producir un agente de contraste bimodal que se pueda rastrear con escáneres de resonancia magnética y tomografía computarizada ".
