(Phys.org) —Cuando el Profesor Asociado de Ingeniería Química y Biomolecular de la Universidad de Illinois Hyunjoon Kong, estudiante de posgrado Cartney Smith, y sus colegas se propusieron mejorar la resonancia magnética (MRI), dieron la vuelta a la tecnología actual de agentes de contraste, o más bien, le dieron la vuelta. El nuevo compuesto que diseñaron en colaboración con el profesor de química Roger Adams de Illinois, Steven C. Zimmerman, no solo es más efectivo, sino también de autoensamblaje. Kong también es miembro del tema de investigación de Biología Regenerativa e Ingeniería de Tejidos en el Instituto de Biología Genómica.

Cuando los médicos realizan una resonancia magnética, administran un agente de contraste:una sustancia química que, cuando se inyecta en el torrente sanguíneo o el paciente lo ingiere justo antes de la resonancia magnética, mejora la claridad de estructuras u órganos en la imagen resultante. Una clase común de agente de contraste, se utiliza a menudo para obtener imágenes de vasos sanguíneos y hemorragias internas, contiene gadolinio, un metal de tierras raras.

Recientemente, Los investigadores biomédicos han encontrado formas de aumentar la eficacia de ciertos agentes de contraste asociándolos con nanopartículas. El agente de contraste que se utiliza se empaqueta en el interior o se adhiere a la superficie de partículas microscópicas, que puede diseñarse para apuntar a ciertas regiones del cuerpo o prolongar la actividad del agente.

Los investigadores ahora están explorando el uso multipropósito de nanopartículas. Si las partículas pudieran cargarse con varios tipos de agentes de contraste o tintes en lugar de uno, o un agente de contraste junto con otro tipo de ayuda de diagnóstico o un medicamento, los médicos podrían evaluar y tratar las afecciones de manera más eficiente, y limitar el número de inyecciones que reciben los pacientes.

Al igual que los niños pequeños que comparten un juguete nuevo, aunque, Los compuestos empaquetados juntos en una nanopartícula no siempre pueden funcionar bien juntos. Por ejemplo, los agentes de contraste pueden unirse a otras sustancias químicas, reduciendo su eficacia. Además, cuando los agentes de contraste están encerrados dentro de una nanopartícula, puede que no funcionen tan bien. Los intentos de unir agentes a la superficie exterior de las nanopartículas a través de la formación covalente también son problemáticos, ya que pueden afectar negativamente a la actividad de las nanopartículas o los compuestos que llevan.

Kong, Smith y sus colegas abordaron estos desafíos utilizando las interacciones entre biomoléculas naturales como guía. Muchos tipos de proteínas están fuertemente adheridas a las membranas celulares no por enlaces covalentes, sino por la suma de múltiples fuerzas más débiles:la atracción de cargas positivas y negativas, y la tendencia de las sustancias no polares (parecidas al aceite) a buscarse entre sí y evitar el agua.

El grupo planteó la hipótesis de que se podrían usar los mismos tipos de fuerzas para unir un agente de contraste a la superficie de un tipo de nanopartícula llamada liposoma. que se asemeja a un pedacito de membrana celular en forma de burbuja diminuta. Los investigadores diseñaron una molécula de "sujetador", DTPA-quitosano-g-C18, que se cobra, atrayéndolo al liposoma y uniéndolo al agente de contraste gadolinio. Una región no polar lo ancla a la membrana del liposoma.

En una serie de experimentos reportados en un reciente ACS Nano artículo (DOI:10.1021 / nn4026228), Kong y otros demostraron que su molécula de fijación se insertaba fácilmente en la membrana de los liposomas prefabricados. Gadolinio asociado de forma estable con las nanopartículas modificadas en solución, y los experimentos en modelos animales demostraron que estas nanopartículas producían imágenes de diagnóstico claras.

"La estrategia funciona como Velcro a nivel molecular para adherir unidades funcionales al prospecto exterior de un liposoma, "dijo Smith, quien fue el primer autor del estudio. "Este trabajo representa una nueva estrategia de diseño de material que es escalable y fácil de implementar. El desarrollo de agentes de contraste mejorados tiene el potencial de impactar directamente en la vida de los pacientes al detectar vasos sanguíneos dañados".

Una de las dificultades de trabajar con liposomas es su tendencia a degradarse dentro del cuerpo. Cuando los liposomas cargados con sujetadores se degradaron, parte de la eficacia del gadolinio se perdió. En un segundo estudio publicado en Langmuir (DOI:10.1021 / la500412r), Kong y Smith desarrollaron un proceso para reticular químicamente los componentes de la nanopartícula que prolongaba la vida de las nanopartículas en condiciones biológicas.