Las imágenes de resonancia magnética (IRM) se han convertido en una herramienta de diagnóstico médico indispensable gracias a su capacidad para producir imágenes detalladas en 3D de los tejidos del cuerpo. Los radiólogos a menudo inyectan a los pacientes con agentes de contraste para hacer que ciertos tejidos, como por ejemplo los tumores, resalten más en la imagen final. Un grupo de investigadores acaba de sintetizar un agente de contraste para IRM que es 15 veces más sensible que los componentes que se usan en la actualidad. Esto podría permitir la utilización de una menor cantidad de agentes de contraste, y por tanto reduciría el potencial de que se dieran efectos secundarios dañinos.

Los investigadores han creado el nuevo componentes mediante la unión química de iones de gadolinio a nanodiamantes—pequeños grupos de átomos de carbono de sólo unos pocos nanómetros de diámetro. El gadolinio, un metal de tierra rara, se usa con los agentes de contraste de IRM debido a sus fuertes propiedades paramagnéticas (el magnetismo en respuesta a la aplicación de un campo magnético). Sin embargo, por sí solo el gadolinio es tóxico, por lo que se tiene que unir a otras moléculas biocompatibles para poder utilizarse a nivel clínico. Muchos grupos han estado intentando mejorar las propiedades de los agentes de contraste basados en gadolinio mediante la vinculación del metal con una variedad de metales, desde moléculas orgánicas de gran tamaño hasta nanopartículas.

“Esto lo hemos hecho con muchas clases de nanopartículas y nunca hemos visto este extraordinario aumento de la sensibilidad,” afirma Thomas J. Meade, profesor de química y director del Centro de Imágenes Moleculares Avanzadas en la Universidad de Northwestern. Él y sus colegas publicaron sus descubrimientos en Nano Letters el mes pasado.

Meade colaboró con Dean Ho, profesor asistente de ingeniería biomédica y mecánica en Northwestern, y su grupo, que ha estado estudiando los nanodiamantes como vehículos para la distribución de fármacos. Ho afirma que los nanodiamantes, al contrario que algunos nanomateriales de carbono, son bien tolerados por las células y no cambian la expresión de los genes de las células de formas no deseadas. Los investigadores unieron los nanodiamantes al gadolinio y pusieron a prueba las propiedades del complejo resultante para evaluar su calidad como agente de contraste en IRM.

Las IRM funcionan rodeando al paciente con un potente campo magnético, que alinea los núcleos de átomos de hidrógeno en el cuerpo. Unos pulsos de ondas de radio exploran sistemáticamente pequeñas secciones de los tejidos, haciendo que los átomos pierdan la alineación. Cuando se relajan y vuelven a su estado previo, los átomos emiten una señal de radio frecuencia que puede ser detectada y traducida en una imagen.

Gracias a sus poderosas propiedades paramagnéticas, el gadolinio altera la relajación de los átomos de hidrógeno al estar cerca de ellos. Los agentes de contraste con gadolinio se pueden diseñar para que se concentren preferiblemente en los tumores, con lo que se mejora el contraste entre el tumor y el tejido colindante. La capacidad del agente de contraste para alterar la relajación de los átomos de hidrógeno se expresa como “relaxividad”, que viene a ser el tiempo de relajación y la concentración de gadolinio en los tejidos.

La alta relaxividad del compuesto de gadolinio y nanodiamantes se puede atribuir en parte a su capacidad para atraer al agua, lo que ayuda a aumentar la señal de la IRM. “Si se observa la forma del nanodiamante, es como una pelota de fútbol pero más angular alrededor de las distintas caras,” señala Ho. “No es totalmente redondo.” Las distintas caras alternan cargas positivas y negativas, lo que ayuda a orientar las moléculas de agua unas enfrente de las otras, creando una tensa capa de agua alrededor del nanodiamante.

Los investigadores pusieron a prueba el nanodiamante de gadolinio en distintos tipos de células en el laboratorio y no encontraron evidencias de toxicidad. El siguiente paso, señala Ho, es poner a prueba la seguridad de los componentes como agente de contraste en animales. “Tenemos muchísimo interés en ver qué tipo de aumento del rendimiento obtenemos,” afirma Ho.

“Creo que es un sistema muy interesante,” señala Kenneth N. Raymond, profesor de química en la Universidad de California en Berkeley. “Obviamente han conseguido un incremento de un orden de magnitud en la relaxividad y eso es bastante significativo.” Muchos investigadores han intentando vincular iones de gadolinio a compuestos moleculares de alto peso, como proteínas y dendrímeros, señala. “El pequeño nanodiamante, por lo que sé, es bastante novedoso, y creo que es algo muy inteligente.”

En la actualidad, los radiólogos necesitan inyectar varios gramos de gadolinio en un paciente para obtener un buen contraste a la hora de efectuar una IRM. Al incrementar la sensibilidad del agente de contraste diez veces, “se podría usar una décima parte del gadolinio,” señala Raymond. “Hay una gran preocupación motivada por la toxicidad del gadolinio y ciertas clases de pacientes. La toxicidad está muy conectada con el tamaño de la dosis.”