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Ciencia

Observar cambios a escala celular mediante resonancia magnética

Las biopsias son un método de diagnóstico confiable y muy útil que, a partir de la extracción de la totalidad o una parte de tejido, permiten observar daños o lesiones a nivel celular. Pero la desventaja que tiene la aplicación de este método en seres humanos es que suele ser muy invasivo. Por otra parte, la obtención de imágenes por medio de la resonancia magnética constituye una forma de diagnóstico mucho menos invasiva, pero tiene la limitación de que, al menos en su uso actual, no permite ver en detalle lo que ocurre en estructuras biológicas pequeñas. Dado que la mayor parte de las enfermedades comienzan por producir cambios en los tejidos a nivel celular, esta situación representa un límite para poder diagnosticar el desarrollo de patologías de manera temprana, sin recurrir a técnicas no invasivas.

Para poder sortear este inconveniente, en Argentina un grupo de investigación del Instituto de Nanociencia y Nanotecnología –Nodo Bariloche (UE-INN-Nodo Bariloche, CONICET-CNEA)- desarrolló un método que permite filtrar la señal proveniente de tamaños específicos de los tejidos y así, a través de las imágenes de resonancia magnética, posibilita observar en mayor detalle los tejidos del cuerpo humano y detectar cambios a nivel celular. Esta metodología está basada en herramientas de la física cuántica que permiten comprender el funcionamiento del mundo atómico.

“El método que desarrollamos abre la puerta a la posibilidad de hacer un diagnóstico temprano y no invasivo de enfermedades, a partir de equipos existentes que ya se utilizan en los centros de salud. De esta manera se podrían observar cavidades de tamaños selectivos cien veces más pequeños que los que permite ver la resolución actual de las imágenes de resonancia magnética”, afirma Analía Zwick, investigadora del CONICET (Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas) en el INN (Instituto de Nanociencia y Nanotecnología) y una de las líderes del proyecto.

El desarrollo de esta novedosa metodología se enmarca dentro de lo que se conoce como la segunda revolución cuántica, en la que el conocimiento de los sistemas cuánticos y de las interacciones entre átomos y moléculas en escalas pequeñas ya no se usa tanto para generar nuevas tecnologías como sucedió en la primera revolución (transistores, láseres, resonadores magnéticos, etc.), sino como fuente de información. Un ejemplo de las tecnologías cuánticas que surgen de esta segunda revolución serían las computadoras cuánticas, en las que la información se almacena y procesa en átomos.

“Nuestra idea es valernos de la física cuántica para superar las limitaciones de las tecnologías disponibles a la hora de escanear estructuras biológicas pequeñas de forma no invasiva. Lo que buscamos es utilizar los átomos que están dentro del cuerpo como espías o sensores de lo que pasa en los tejidos. La resonancia magnética nuclear crea campos magnéticos que te permiten controlar los núcleos atómicos y manipularlos para extraerles la información del ambiente que los rodea”, explica Gonzalo Álvarez, investigador del CONICET, docente del Instituto Balseiro (IB, CNEA-UNCUYO) y otro de los líderes del proyecto.

El aporte de esta investigación consiste en el diseño de una secuencia de control del resonador magnético nuclear que permite, en poco tiempo, obtener la mayor información posible sobre lo que ocurre en los tejidos a niveles microestructurales.

“El tiempo es un limitante importante a tener en cuenta cuando uno va a hacer un estudio con un paciente, porque no se puede tener a una persona durante horas en un resonador. Si el tiempo fuera ilimitado, la información que se podría obtener sería mucho mayor”, explica Zwick.

Al explicar el desarrollo que llevaron adelante, Zwick lo compara con el de una aplicación para el teléfono celular (móvil) que permite hacer ciertas operaciones a partir de una tecnología de base que ya existe. “No es como desarrollar un nuevo aparato, sino que se trata de sacarle más potencial al que ya se usa en las clínicas”, explica la científica.

En su laboratorio en Bariloche, el grupo de investigación no cuenta con un equipo clínico de resonancia magnética nuclear, sino con un resonador preclínico, que es mucho más pequeño, pero a la vez más potente, lo que les permite ganar versatilidad para hacer el desarrollo.

“Hasta ahora, hemos trabajado con fantomas, que son materiales que imitan los tejidos biológicos, y también con cerebros de ratones, que a pesar de no ser cerebros humanos, tienen propiedades similares y sirven como modelos.”, afirma Álvarez.

Para controlar la calidad y fiabilidad de los ensayos experimentales realizados con la novedosa metodología, el grupo de investigación recurrió a la bibliografía existente sobre diferentes estudios histológicos de distintas partes de un cerebro de ratón, a nivel microestructural. Los resultados de la contrastación fueron muy satisfactorios.

El paso siguiente es poner a prueba la técnica desarrollada con un resonador clínico, primero en fantomas, para ponerla a punto y, posteriormente, testearla en seres humanos. El objetivo final es que la metodología pueda ser usada clínicamente para diagnosticar enfermedades de manera temprana.

En la investigación también han intervenido Milena Capiglioni (Instituto Balseiro, Centro Atómico Bariloche y Universidad de Berna en Suiza) así como Pablo Jiménez (Instituto Balseiro y Centro Atómico Bariloche).

El estudio se titula “Noninvasive Quantitative Imaging of Selective Microstructure Sizes via Magnetic Resonance”. Y se ha publicado en la revista académica Physical Review Applied. (Fuente: Miguel Faigón / CONICET. CC BY 2.5 AR)

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