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Tecnología de resonancia magnética abre nuevos caminos en la imagen molecular

Los investigadores de los EE.UU. Departamento de Lawrence Berkeley National Laboratory y la Universidad de California en Berkeley han desarrollado una nueva técnica de imagen por resonancia magnética (MRI) que permite la detección de las señales de las moléculas presentes en concentraciones 10.000 veces inferior al de las técnicas de resonancia magnética.

Llamada HYPER-CEST, por hiperpolarizado xenón transferencia de productos químicos de intercambio de saturación, esta nueva técnica es muy prometedora para la proyección de imagen molecular, en el que se detecta la distribución espacial de las moléculas específicas dentro de un organismo. En última instancia, HYPER-CEST podría convertirse en una herramienta valiosa para el diagnóstico médico, incluyendo la detección temprana del cáncer.

En dos artículos publicados en las revistas Science y el Diario de la resonancia magnética, el equipo de investigadores informa sobre una técnica en la que los átomos de xenón se han hiperpolarizado con luz láser para mejorar su señal de resonancia magnética incorporada en un biosensor jaula de nanoescala, y condicionan a determinadas proteínas u objetivos ligando. Estos biosensores xenón hiperpolarizado generar contraste muy selectivo en los lugares donde están obligados, dramáticamente aumentar la fuerza de la señal de resonancia magnética y que resulta en imágenes espaciales de la meta elegida molecular o celular. Esta investigación fue dirigida por Alexander Pines, Ph.D., y David Wemmer, Ph.D.

"Nuestra técnica de HYPER-CEST MRI molecular hace un uso óptimo de hiperpolarizado señales de xenón mediante la creación de una señal fuerte en las regiones donde está presente el biosensor, que permite una fácil determinación no invasiva de la molécula objetivo", dijo Pines. Wemmer añadió: "Otros agentes de contraste para RMN molecular proporcionan pequeños cambios en las grandes señales de resonancia magnética, por lo que los cambios difíciles de detectar cuando la cantidad de unión del agente de contraste es pequeño. Nuestro HYPER-CEST agente de contraste proporciona un gran cambio en la señal de xenón MRI, que significa que es mucho más fácil de detectar a pesar de las señales de xenón MRI son bastante pequeñas. "

Además de su contraste intrínsecamente superior, otra ventaja con la técnica de HYPER-CEST es que sus efectos pueden ser "multiplex", es decir que el polarizado biosensores de xenón pueden ser dirigidos a la detección de proteínas diferentes, al mismo tiempo en una sola muestra. Esta capacidad, que no es compartida por la mayoría de los convencionales agentes moleculares contraste MRI, abre una serie de posibilidades para el diagnóstico futuro. Por ejemplo, como una herramienta de diagnóstico para la detección del cáncer, con los médicos de HYPER-CEST podía realizar múltiples biopsias virtuales en una sola muestra de tejido, usando diferentes biosensores para la detección de cada forma posible de cáncer.

Como herramienta de diagnóstico para el cáncer, HYPER-CEST sería extremadamente sensibles, capaces de detectar la presencia de cáncer relacionados con las proteínas en micromolar (partes por millón), las concentraciones. Mientras más rápido que la presencia de células cancerosas que se detecte, mejor será la probabilidad de éxito del tratamiento. Además de una alta sensibilidad y especificidad de destino, HYPER-CEST MRI es también único de otras técnicas de imagen molecular en el que se proporciona la información espacial y bioquímicos. Esta técnica apunta a una amplia gama de aplicaciones biomédicas más allá de los diagnósticos de cáncer.

Resonancia magnética se ha consolidado como una poderosa tecnología para imágenes biomédicas. Es un medio sin dolor y sin radiación de obtener alta calidad de imágenes en tres dimensiones tomográfica de los tejidos internos y órganos, especialmente útil para muestras opacas. Sin embargo, la aplicación de la resonancia magnética para diagnóstico por imagen molecular se ha visto limitada por problemas de sensibilidad.

Resonancia magnética, al igual que su tecnología hermana, la resonancia magnética nuclear (RMN), se basa en una propiedad de los núcleos atómicos con un protón o un neutrón sin pareja llamada "spin". Estos núcleos giran sobre un eje como peonzas en miniatura, dando lugar a un momento magnético, lo que significa el acto núcleos como si fueran imanes de barra con un polo norte y sur. Cuando se expone a un campo magnético externo, estos spinning "imanes de barra" intento de alinear sus ejes a lo largo de las líneas de fuerza magnética. Puesto que la alineación no es exacta, el resultado es una rotación bamboleante, o "precesión", que es única para cada tipo de átomo.

Si, durante la exposición al campo magnético, los núcleos en precesión también golpeó con una radiofrecuencia (RF) de pulso, que se absorben y reemiten la energía a frecuencias específicas de acuerdo a su tasa de precesión. Cuando el pulso de RF se combina con gradientes de campo magnético, una señal codificada se produce espacialmente que pueden ser detectados y se traducen en imágenes.