Resonancia magnética de un ratón antes (primera y tercera filas) y 20 horas después de haber sido inyectado con una dosis baja (segunda fila) y una dosis alta (cuarta fila) de un nuevo agente de contraste sin metales desarrollado por Nebraska y MIT. La flecha amarilla indica la ubicación de un tumor. Crédito:Sociedad Química Estadounidense / ACS Central Science
¿Qué tienen en común los recién nacidos y las personas con problemas renales?
Lo que podría sonar como el montaje de una broma en realidad tiene una respuesta clínica:ambos grupos pueden enfrentar riesgos para la salud cuando se les inyectan agentes que contienen metales, a veces necesarios para mejorar el contraste de color y el valor diagnóstico de las resonancias magnéticas.
Pero una nueva nanopartícula libre de metales desarrollada por la Universidad de Nebraska-Lincoln y el MIT podría ayudar a sortear estas barreras relacionadas con la salud y la edad para la poderosa herramienta de diagnóstico, que los médicos utilizan para investigar o confirmar una amplia gama de problemas médicos.
La nanopartícula del equipo contiene una molécula no metálica que mejora el contraste de la resonancia magnética para ayudar a distinguir entre los tejidos corporales, una tarea que normalmente se realiza con agentes de contraste que contienen gadolinio u otros metales.
También sobrevivió el tiempo suficiente para congregarse alrededor de tumores en ratones, sugiriendo que la nanopartícula podría ayudar a detectar cánceres, así como sus contrapartes metálicas, al tiempo que elimina las preocupaciones sobre la acumulación a largo plazo de metal en el cuerpo.
Contraste en estilos
Las moléculas que residen en la nanopartícula del equipo pertenecen a una familia conocida como nitróxidos, que se encuentran entre las alternativas más prometedoras a los agentes metálicos que a menudo se inyectan a los pacientes antes de someterse a una resonancia magnética.
Crédito:Sociedad Química Estadounidense / ACS Central Science
Pero los antioxidantes en el cuerpo generalmente comienzan a descomponer los nitróxidos en minutos, limitando el tiempo que pueden mejorar el contraste de una resonancia magnética. Y la molécula de interés del equipo, un llamado radical orgánico, tiene un solo electrón, un hecho que normalmente inhibe la cantidad de contraste que puede producir.
El gadolinio y otros metales poseen múltiples electrones que les ayudan a influir en la forma en que las ondas magnéticas producidas por una resonancia magnética interactúan con las moléculas de agua en los tejidos. Esta influencia magnética, o relaxividad, en última instancia, dicta la fuerza de las señales de contraste que se convierten en las conocidas resonancias magnéticas multicolores.
Entonces, el químico de Nebraska, Andrzej Rajca, comenzó a colaborar con sus colegas del MIT para diseñar una nanopartícula libre de metales que exhibiría una estabilidad y relajación comparables a las del gadolinio. Rajca diseñó previamente un nitróxido que, cuando se incrusta en nanopartículas relativamente pequeñas, mostró una relajación varias veces mayor que sus predecesoras.
En esta época, Los investigadores del MIT incorporaron el nitróxido de Rajca en una gran nanopartícula conocida como polímero de estrella de brazo de cepillo. El proceso implicó ensamblar polímeros en una estructura esférica con un núcleo que atrae el agua y una capa que repele el agua, luego exprimiendo multitudes de moléculas de nitróxido entre ese núcleo y la capa.
El equipo descubrió que empaquetar tantos nitróxidos en espacios tan reducidos multiplicaba efectivamente sus valores individuales de relajación, dando como resultado una nanopartícula con una relajación unas 40 veces mayor que la de un nitróxido típico.
"No se necesita mucho del (nuevo) agente de contraste para ver una buena imagen, "dijo Rajca, Charles Bessey Catedrático de Química.
La capa de polímero de la nanopartícula también ayudó a ralentizar el avance de los antioxidantes disruptivos lo suficiente como para prolongar la vida útil de los nitróxidos de aproximadamente dos horas a 20. Al inyectar a los ratones su agente, Los investigadores demostraron que la longevidad y el gran tamaño de la nanopartícula le permiten llegar a los tumores y diferenciarlos del tejido normal. Incluso en dosis mayores que las que normalmente se necesitan para las resonancias magnéticas, El agente de contraste del equipo no mostró signos de toxicidad en células humanas o ratones.
El equipo detalló su trabajo en la revista Ciencia Central ACS .
