Los químicos del MIT han desarrollado nuevas nanopartículas que pueden realizar simultáneamente imágenes por resonancia magnética (MRI) e imágenes fluorescentes en animales vivos. Tales partículas podrían ayudar a los científicos a rastrear moléculas específicas producidas en el cuerpo, monitorear el entorno de un tumor, o determinar si las drogas han alcanzado con éxito sus objetivos.

En un artículo que aparece en la edición del 18 de noviembre de Comunicaciones de la naturaleza , los investigadores demuestran el uso de las partículas, que llevan distintos sensores para fluorescencia y resonancia magnética, para rastrear la vitamina C en ratones. Donde haya una alta concentración de vitamina C, las partículas muestran una fuerte señal fluorescente pero poco contraste de resonancia magnética. Si no hay mucha vitamina C, se ve una señal de resonancia magnética más fuerte, pero la fluorescencia es muy débil.

Se podrían diseñar versiones futuras de las partículas para detectar especies reactivas de oxígeno que a menudo se correlacionan con enfermedades. dice Jeremiah Johnson, profesor asistente de química en el MIT y autor principal del estudio. También podrían adaptarse para detectar más de una molécula a la vez.

"Es posible que pueda aprender más sobre cómo progresan las enfermedades si tiene sondas de imágenes que pueden detectar biomoléculas específicas, "Dice Johnson.

Accion dual

Johnson y sus colegas diseñaron las partículas para que puedan ensamblarse a partir de bloques de construcción hechos de cadenas de polímeros que llevan un agente de contraste orgánico de resonancia magnética llamado nitróxido o una molécula fluorescente llamada Cy5.5.

Cuando se mezclan en una proporción deseada, estos bloques de construcción se unen para formar una estructura nanométrica específica que los autores denominan polímero ramificado de cepillo de botella. Para este estudio, crearon partículas en las que el 99 por ciento de las cadenas llevan nitróxidos, y el 1 por ciento lleva Cy5.5.

Los nitróxidos son moléculas reactivas que contienen un átomo de nitrógeno unido a un átomo de oxígeno con un electrón desapareado. Los nitróxidos suprimen la fluorescencia de Cy5.5, pero cuando los nitróxidos encuentran una molécula como la vitamina C de la que pueden tomar electrones, se vuelven inactivos y Cy5.5 emite fluorescencia.

Los nitróxidos suelen tener una vida media muy corta en los sistemas vivos, pero el profesor de química de la Universidad de Nebraska, Andrzej Rajca, quien también es autor del nuevo artículo de Nature Communications, descubrió recientemente que su vida media se puede extender uniéndoles dos estructuras voluminosas. Es más, los autores del artículo de Nature Communications muestran que la incorporación del nitróxido de Rajca en las arquitecturas poliméricas ramificadas del cepillo de botella de Johnson conduce a mejoras aún mayores en la vida útil del nitróxido. Con estas modificaciones, los nitróxidos pueden circular durante varias horas en el torrente sanguíneo de un ratón, el tiempo suficiente para obtener imágenes de resonancia magnética útiles.

Los investigadores encontraron que sus partículas de imágenes se acumulaban en el hígado, como suelen hacer las nanopartículas. El hígado del ratón produce vitamina C, así que una vez que las partículas llegaron al hígado, tomaron electrones de la vitamina C, apagar la señal de resonancia magnética y aumentar la fluorescencia. Tampoco encontraron señal de resonancia magnética, pero sí una pequeña cantidad de fluorescencia en el cerebro. que es el destino de gran parte de la vitamina C producida en el hígado. A diferencia de, en la sangre y los riñones, donde la concentración de vitamina C es baja, el contraste de la resonancia magnética fue máximo.

Mezclar y combinar

Los investigadores ahora están trabajando para mejorar las diferencias de señal que obtienen cuando el sensor encuentra una molécula objetivo como la vitamina C. También han creado nanopartículas que llevan el agente fluorescente más hasta tres medicamentos diferentes. Esto les permite rastrear si las nanopartículas se envían a sus ubicaciones objetivo.

"Esa es la ventaja de nuestra plataforma:podemos mezclar y combinar y agregar casi todo lo que queramos, "Dice Johnson.

Estas partículas también podrían usarse para evaluar el nivel de radicales de oxígeno en el tumor de un paciente, que puede revelar información valiosa sobre la agresividad del tumor.

"Creemos que podemos revelar información sobre el entorno del tumor con este tipo de sondas, si podemos llevarlos allí, "Johnson dice." Algún día podría inyectar esto en un paciente y obtener información bioquímica en tiempo real sobre los sitios de la enfermedad y también los tejidos sanos, lo cual no siempre es sencillo ".

Botella de Steven, profesor de nanotecnología y ciencia molecular en la Universidad Tecnológica de Queensland, dice que el elemento más impresionante del estudio es la combinación de dos poderosas técnicas de imagen en un nanomaterial.

"Creo que esto debería ofrecer una ligado metabólicamente, modalidad de obtención de imágenes de combinación múltiple que debería proporcionar una herramienta de diagnóstico de gran utilidad con potencial real para seguir la progresión de la enfermedad in vivo, "dice Bottle, que no participó en el estudio.

Esta historia se vuelve a publicar por cortesía de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un sitio popular que cubre noticias sobre la investigación del MIT, innovación y docencia.