Los nanodiamantes (diamantes industriales sintéticos de solo unos pocos nanómetros de tamaño) han atraído recientemente una atención considerable debido al potencial que ofrecen para la administración selectiva de vacunas y medicamentos contra el cáncer y para otros usos. Hasta ahora, las opciones para obtener imágenes de nanodiamantes han sido limitadas. Ahora, un equipo de investigadores del Centro de Imágenes Biomédicas Athinoula A. Martinos del Hospital General de Massachusetts ha ideado un medio para rastrear nanodiamantes de forma no invasiva con imágenes de resonancia magnética (MRI), abriendo una gran cantidad de nuevas aplicaciones. Informan sus hallazgos hoy en la revista en línea. Comunicaciones de la naturaleza .
"Con este estudio, Demostramos que podíamos producir imágenes de RM biomédicamente relevantes utilizando nanodiamantes como fuente de contraste en las imágenes y que podíamos activar y desactivar el contraste a voluntad. "dice David Waddington, autor principal del artículo y estudiante de doctorado en la Universidad de Sydney en Australia. Waddington trabaja actualmente con Matthew Rosen, Doctor, en el Laboratorio de Imágenes de Campo Bajo del Centro Martinos. "Con estrategias competitivas, los nanodiamantes deben prepararse externamente y luego inyectarse en el cuerpo, donde solo se pueden tomar imágenes durante unas pocas horas como máximo. Sin embargo, como nuestra técnica es biocompatible, podemos seguir obteniendo imágenes durante períodos de tiempo indefinidos. Esto plantea la posibilidad de realizar un seguimiento de la administración de compuestos farmacológicos de nanodiamantes para una variedad de enfermedades y proporcionar información vital sobre la eficacia de las diferentes opciones de tratamiento ".
Waddington comenzó este trabajo hace tres años como parte de una beca Fulbright otorgada al principio de su trabajo de posgrado en la Universidad de Sydney. donde es miembro de un equipo dirigido por el coautor del estudio, David Reilly, Doctor, en el nuevo Sydney Nanocience Hub, la sede del Instituto Australiano de Ciencia y Tecnología a Nanoescala, que se lanzó el año pasado. Como parte del grupo Reilly, Waddington jugó un papel crucial en los primeros éxitos con imágenes de nanodiamantes, incluyendo un artículo de 2015 en Comunicaciones de la naturaleza . Luego buscó ampliar el potencial del enfoque colaborando con Rosen en el Martinos Center y Ronald Walsworth, Doctor, en la Universidad de Harvard, también coautor del estudio actual. El grupo de Rosen es líder mundial en el área de la resonancia magnética de campo ultrabajo, una técnica que resultó esencial para el desarrollo de imágenes de nanodiamantes in vivo.
Previamente, el uso de imágenes de nanodiamantes en sistemas vivos se limitó a las regiones accesibles mediante técnicas de fluorescencia óptica. Sin embargo, la mayoría de las posibles aplicaciones diagnósticas y terapéuticas de las nanopartículas, incluido el seguimiento de procesos patológicos complejos como el cáncer, pedir el uso de resonancia magnética, el estándar de oro para no invasivos, alto contraste, Imágenes clínicas tridimensionales.
En el presente estudio, Los investigadores muestran que podrían lograr una resonancia magnética mejorada con nanodiamantes aprovechando un fenómeno conocido como efecto Overhauser para impulsar la señal de resonancia magnética inherentemente débil del diamante a través de un proceso llamado hiperpolarización. en el que los núcleos están alineados dentro de un diamante para crear una señal detectable por un escáner de resonancia magnética. El enfoque convencional de la hiperpolarización utiliza técnicas de física de estado sólido a temperaturas criogénicas, pero el aumento de la señal no dura mucho y casi desaparece cuando se inyecta el compuesto de nanopartículas en el cuerpo. Al combinar el efecto Overhauser con los avances en resonancia magnética de campo ultrabajo que salen del Centro Martinos, los investigadores pudieron superar esta limitación, allanando así el camino para la obtención de imágenes de nanodiamantes in vivo de alto contraste durante períodos de tiempo indefinidamente largos.
La resonancia magnética de campo ultrabajo de alto rendimiento es en sí misma una tecnología relativamente nueva, reportado por primera vez en Informes científicos en 2015 por Rosen y compañeros del Centro Martinos. "Gracias a la ingeniería innovadora, estrategias de adquisición y procesamiento de señales, la tecnología ofrece hasta ahora una velocidad y resolución inalcanzables en el régimen de resonancia magnética de campo ultrabajo, "dice Rosen, director del Laboratorio de Imágenes de Campo Bajo, profesor asistente de Radiología en la Facultad de Medicina de Harvard y autor principal del artículo actual. "Y lo más importante, eliminando la necesidad de imanes superconductores refrigerados por criógeno, abre una serie de nuevas oportunidades, incluida la técnica de obtención de imágenes de nanodiamantes que acabamos de describir ".
Los investigadores han observado varias aplicaciones posibles para su nuevo enfoque de resonancia magnética mejorada con nanodiamantes. Estos incluyen la detección precisa de tumores de los ganglios linfáticos, que puede ayudar en el tratamiento del cáncer de próstata metastásico, y explorar la permeabilidad de la barrera hematoencefálica, que puede desempeñar un papel importante en el tratamiento del accidente cerebrovascular isquémico. Debido a que proporciona una señal de RM medible durante períodos de más de un mes, la técnica podría beneficiar aplicaciones como el seguimiento de la respuesta a la terapia.
En el seguimiento del tratamiento se incluyen aplicaciones en el floreciente campo de la medicina personalizada. "La entrega de medicamentos altamente específicos está fuertemente correlacionada con los resultados exitosos de los pacientes, "dice Waddington, quien fue honrado con el premio Journal of Magnetic Resonance Young Scientist Award en la Conferencia Experimental NMR 2016 en reconocimiento a este trabajo. "Sin embargo, la respuesta a estos medicamentos a menudo varía significativamente de una persona a otra. La capacidad de obtener imágenes y rastrear la administración de estos compuestos de fármacos nanodiamantes, por lo tanto, será muy ventajoso para el desarrollo de tratamientos personalizados ".
Los investigadores continúan explorando el potencial de la técnica y ahora están planeando un estudio detallado del enfoque en un modelo animal. al mismo tiempo que investiga el comportamiento de diferentes complejos de nanodiamante-fármaco y los imagina con la nueva capacidad.
