Descubrimiento de nanodiamante mejora contraste de imágenes de RM

Un estudio muestra que combinar un agente de contraste de resonancia magnética (RM) con un nanodiamante mejora dramáticamente la intensidad de la señal y así da un contraste vívido en la imagen.

"Los resultados son un salto y no uno pequeño, es un evento que cambia el juego para la sensibilidad”, dijo el Dr. Thomas J. Meade, un profesor en investigación del cáncer en el Colegio de Artes y Ciencias Weinberg y la Escuela de Medicina Feinberg de la Universidad del Noroeste (Chicago, IL, EUA). "Este es un agente de imagenología para esteroides. El complejo es más sensible que cualquier otra cosa que haya visto”.

El Dr. Meade realizó el estudio junto con el Dr. Dean Ho, profesor asistente de ingeniería biomédica e ingeniería mecánica en la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas McCormick de la Universidad del Noroeste. El Dr. Ho ya ha demostrado que los nanodiamantes tienen biocompatibilidad excelente y pueden ser usados para la entrega eficiente de drogas. Este trabajo nuevo abre el camino para el uso clínico de los nanodiamantes para aplicación terapéutica y rastreo a distancia de la actividad y localización de las drogas.

El estudio, publicado en línea en Enero de 2010 por la revista Nano Letters, también es el primer reporte publicado de nanodiamantes que son visualizados por tecnología RM, que conocen los investigadores. La capacidad de visualizar nanodiamantes in vivo sería útil en estudios biológicos donde el mapeo de la suerte celular, a largo plazo es vital, como en el rastreo de células de islotes beta o el rastreo de células madre.

La RM es una técnica no invasiva de imagenología médica que usa un agente de contraste intravenoso para producir imágenes detalladas de las estructuras internas en el cuerpo. La RM es capaz de penetración profunda del tejido, logra un nivel eficiente de contraste del tejido blando con alta resolución espacial relacionada con el tiempo, y no requiere radiación ionizante. Los agentes de contraste son usados en RM porque alteran la relaxividad (indicador de eficiencia de contraste) y mejoran la resolución de la imagen. El gadolinio (Gd) es el material más comúnmente usado como un agente de contraste RM, pero su eficiencia de contraste puede ser mejorada.

Los investigadores desarrollaron un complejo de nanodiamante-gadolinio (III) que, en una serie de pruebas, demostró un aumento significativo en la relaxividad y, a su vez, un aumento significativo en el contraste. El complejo nanodiamante-Gd (III) demostró un aumento mayor de 10 veces en la relaxividad—entre los valores más altos por Gd (III) reportados hasta la fecha. Esto representa un avance importante en la eficiencia de los agentes de contraste para la RM.

El Dr. Ho y el Dr. Meade visualizaron una variedad de muestras de nanodiamante, incluyendo nanodiamantes decorados con varias concentraciones de Gd(III), nanodiamantes no decorados y agua. La señal intensa del complejo nanodiamante-Gd (III) fue más brillante cuando el nivel de Gd(III) fue más alto. "Los nanodiamantes han demostrado ser efectivos en atraer moléculas de agua a su superficie, lo que puede realzar las propiedades de relaxividad del complejo Gd(III)-nanodiamante”, dijo el Dr. Ho. "Esto puede explicar por qué esos complejos son tan brillantes y tan buenos agentes de contraste”.

"Los nanodiamantes son absolutamente únicos entre las nanopartículas”, dijo el Dr. Meade. "Un nanodiamante es como un barco de carga –nos da una plataforma no tóxica sobre la cual poner tipos diferentes de drogas y agentes de imagenología”.

La biocompatibilidad del complejo Gd(III)-nanodiamante pone de relieve su importancia clínica. Además de validar la señal mejorada producida por el híbrido, los investigadores realizaron estudios de toxicidad usando fibroblastos y células HeLa como bancos de prueba biológicos. Encontraron poco impacto del complejo híbrido en la viabilidad celular, afirmando la seguridad inherente del complejo y posicionándolo como un nanomaterial clínicamente significativo. (Otros métodos de imagenología con nanodiamantes, como agentes de nanodiamantes fluorescentes tienen penetración tisular limitada y son más apropiados para aplicaciones histológicas).

Los nanodiamantes son materiales de carbono aproximadamente de 4-6 nm de diámetro. Cada superficie de nanodiamante posee grupos carboxilos que permiten que un espectro amplio de compuestos se unan a él, no solo el gadolinio (III).

Los investigadores están estudiando la aplicación pre-clínica del híbrido agente de contraste RM–nanodiamante en varios modelos animales. Con la mirada puesta en optimizar este material híbrido novedoso, también están continuando estudios de la estructura del complejo Gd(III)-nanodiamante para aprender cómo gobierna la mayor relaxividad.

El Dr. Meade ha liderado el diseño y la síntesis de los compuestos químicos para aplicaciones en la detección del cáncer, señalización celular, y regulación de genes. El Dr. Ho ha liderado el desarrollo de los nanodiamantes y ha demostrado su eficiencia como vehículos para aplicación de drogas.

Enlace relacionado:
Feinberg School of Medicine at Northwestern University