Los imanes a nanoescala ofrecen una nueva forma de encontrar desmayos, rastros tempranos de cáncer en pacientes, según los estudiantes de la Universidad de Rice que trabajan en un método para capitalizar las propiedades de los imanes. Tres estudiantes de matemáticas aplicadas y computacionales de Rice están perfeccionando un programa para analizar señales de relaxometría magnética de nanopartículas de óxido de hierro que se encuentran y se adhieren a las células cancerosas.

Rice, ancianos Brian Ho, Rachel Hoffman y Eric Sung han desarrollado una forma novedosa de analizar datos para los investigadores del cáncer que esperan usar nanopartículas magnéticas para localizar signos de cáncer que los rayos X nunca detectarían.

Todos los imanes (o materiales propensos al magnetismo) tienen momentos magnéticos, "como agujas invisibles que pueden moverse y reaccionar a campos magnéticos, incluso si sus anfitriones físicos no pueden.

Estas agujas fantasmales se alinean cuando se exponen a un campo magnético externo; cuando se quita el campo, ellos se "relajan" una vez más. La relaxometría mide esta última característica. Resulta que los momentos se relajan a un ritmo muy diferente cuando pertenecen a nanopartículas que están unidas a las células cancerosas.

Los estudiantes están trabajando con la asesora de Rice, Béatrice Rivière, la Cátedra Noah G. Harding y profesor de matemática computacional y aplicada, y médicos del MD Anderson Cancer Center de la Universidad de Texas en Houston para desarrollar programas de computadora que analicen "rastros" de estos momentos mientras se relajan. Albuquerque, NUEVO MÉJICO., -Científico sénior basado en en colaboración con MD Anderson, está desarrollando una plataforma comercial de relaxometría para la detección precoz del cáncer.

Las nanopartículas de óxido de hierro superparamagnéticas de 25 nanómetros están mejoradas con proteínas de anticuerpos que se dirigen a las proteínas biomarcadores producidas por las células cancerosas, Dijo Sung. "Una vez que se unen a las células, su rango de movimiento está severamente restringido, y este movimiento restringido es bastante importante, ", dijo." Una vez que se aplica un campo magnético externo, los dipolos de las partículas se alinearán para contrarrestar el campo. Una vez que los dipolos se enfrentan entre sí, entonces tienes un campo magnético de esencialmente cero. Pero lo interesante para nosotros es lo que viene después ".

Los estudiantes y el equipo de MD Anderson están trabajando para cuantificar esta fase de relajación porque marca la ubicación de las células cancerosas en muestras de laboratorio y en ratones.

Las nanopartículas no unidas se reorientarán aleatoriamente en menos de un milisegundo, pero debido a que los complejos de nanopartículas asociados a anticuerpos que se unen a las células cancerosas tienen un movimiento restringido, su relajación magnética es mucho más lenta, hasta un segundo, Dijo Sung. "Estamos averiguando exactamente lo que eso significa". él dijo.

El equipo señaló que los mejores métodos de detección de cáncer de la actualidad solo detectan tumores con más de 10 millones de células cancerosas. El nuevo enfoque tiene el potencial de detectar tumores con tan solo 20, 000 celdas. Los estudiantes esperan que los métodos que se basan en la relaxometría también sean más seguros que los métodos actuales que exponen a los pacientes a la radiación ionizante.

El software de los estudiantes aborda dos problemas que pueden dañar los datos de la relaxometría. Una es que el movimiento físico, como la respiración de un paciente, puede desplazar la señal objetivo y sesgar los resultados. El otro es lo que los estudiantes llaman "saltos de flujo, "un artefacto de grabación que provoca un cambio total en los datos". El salto de flujo tiene que ver con la forma en que se mide, ", Dijo Sung." Pero hemos descubierto un algoritmo para encargarse de ambas cosas. Y se ve muy bien ".

Hoffman dijo que el equipo de Rice aportó una nueva perspectiva al problema reconocido por David Fuentes del MD Anderson, profesor asistente en el Departamento de Física de la Imagen, y sus colegas. "Lo estaban viendo de manera muy teórica, mientras que lo miramos de manera más pragmática, ", dijo." Investigamos qué podemos hacer con estos datos en particular, en lugar de intentar desarrollar un algoritmo que pueda aplicarse a cualquier conjunto de datos ".

"En efecto, La contribución del equipo de diseño sénior a la corrección de movimiento y la detección de saltos de flujo tendrá un impacto duradero y se incorporará en futuras canalizaciones de análisis. "Dijo Fuentes.

Ho dijo que el siguiente paso del equipo de Rice es crear una forma de generar trazas de datos sintéticos para probar el programa. "Una vez que podamos realizar algunos saltos de flujo y picos de respiración, podemos cuantificar qué tan bueno es nuestro algoritmo, " él dijo.