La risonanza magnetica (MRI) ha un valore inestimabile nel mondo medico. Ma nonostante tutto il bene che fa, c’è margine di miglioramento. Un modo per migliorare la sensibilità della risonanza magnetica è chiamato polarizzazione nucleare dinamica (DNP), in cui le molecole bersaglio per l’imaging vengono modificate in modo da formare immagini più chiare quando scansionato con una macchina per la risonanza magnetica. Ma questa tecnica richiede alcuni materiali cristallini speciali mescolati con agenti polarizzanti difficili da creare. Per la prima volta, alcuni ricercatori, tra cui quelli dell’Università di Tokyo, dimostrano l’uso di molecole chiamate fullereni come agenti polarizzanti. Il loro nuovo metodo può rendere i target DNP sufficienti a produrre una chiarezza molto maggiore quando sottoposti a imaging con una macchina per la risonanza magnetica, con potenziali vantaggi in varie applicazioni mediche.
Se sei abbastanza fortunato da non aver mai visitato l’interno di una macchina per la risonanza magnetica, probabilmente li conosci ancora: enormi cose a forma di anello che avvolgono una persona e la scansionano rumorosamente per creare immagini 3D dettagliate per scopi diagnostici. Sin dalla loro introduzione nel mondo medico oltre quattro decenni fa, le macchine per la risonanza magnetica hanno consentito a medici e ricercatori di utilizzare dati 3D per vari scopi diagnostici e di ricerca. Ma come per ogni macchina, ci sono costanti aggiornamenti proposti per migliorare qualche aspetto, che si tratti di dimensioni, costo, rumore, funzioni o capacità.
Una tipica risonanza magnetica funziona creando un ampio campo magnetico. Ciò costringe i protoni delle molecole d’acqua nel corpo o nel campione ad allinearsi. La macchina emette quindi onde radio che disallineano questi protoni, in modo che tornino ad allinearsi sotto la forza del campo magnetico. Mentre si riallineano, i protoni emettono un segnale radio rivelatore che la macchina rileva e utilizza per identificare il tipo di tessuto da cui proviene il segnale. Ma come forse avrete già capito, ciò significa che le tipiche macchine per la risonanza magnetica si limitano al rilevamento di campioni ricchi di acqua. Quindi, i ricercatori hanno cercato un modo per ampliare la portata di ciò che le macchine possono rilevare, ed è qui che entra in gioco la nuova ricerca del Dipartimento di Chimica.
“Un modo consolidato per migliorare i dettagli e il contenuto informativo delle immagini MRI è quello di utilizzare target chimici nel paziente o nel campione. Il DNP funziona in questo modo, ma richiede agenti per polarizzare le molecole target e ciò a sua volta richiede temperature estremamente fredde, o criogeniche, e condizioni di campo magnetico elevato. Ma abbiamo dimostrato un modo più semplice per polarizzare i target”, ha affermato il professor Nobuhiro Yanai del Dipartimento di Chimica. “Il nostro lavoro mostra che utilizzando molecole appositamente progettate chiamate fullereni, possiamo aumentare il tasso di polarizzazione al 14,2% in un campione di materiale disordinato, simile al vetro. Questo livello è sufficientemente elevato per applicazioni biologiche dove una soglia del 10% è il minimo desiderato; altrimenti, le molecole polarizzate decadono troppo rapidamente perché i loro segnali possano produrre immagini utili.”
I fullereni, noti anche come buckyball, sono reticoli geometrici 3D di atomi di carbonio, che hanno attirato l’attenzione dei ricercatori in quanto possono essere modificati in diversi modi per creare materiali funzionali. In questo caso, Yanai e il suo team hanno aggiunto alcune modifiche ai fullereni che ne hanno impedito la rotazione in modo che rimanessero polarizzati. Quando vengono inseriti in un campione, gli elettroni di questi fullereni trasferiscono la loro polarizzazione di spin ai nuclei degli atomi vicini, ed è questa polarizzazione che si traduce in segnali più forti che i sensori di imaging possono rilevare. E tutto ciò che i ricercatori devono fare per convincere i loro speciali fullereni, chiamati isomeri trans-3a, a farlo è puntare su di loro un certo tipo di luce.
“La polarizzazione degli obiettivi avviene all’esterno del corpo. Dopo la polarizzazione, il campione viene sciolto e il fullerene, che potrebbe essere dannoso, viene rimosso prima dell’iniezione in un ipotetico paziente”, ha detto lo studente laureato Keita Sakamoto. “Poiché questo metodo, triplet-DNP, evita la necessità di un refrigerante a elio liquido, può essere eseguito su apparecchiature molto più semplici e a basso costo. Rende inoltre possibile polarizzare in massa sonde chimiche diagnostiche come piruvato o farmaci antitumorali che la risonanza magnetica convenzionale non è in grado di rilevare. Il nostro prossimo obiettivo è sviluppare matrici biocompatibili in modo da poter iperpolarizzare tali molecole importanti dal punto di vista medico. Abbiamo in programma di dimostrare prima la risonanza magnetica ad alta sensibilità in modelli animali. Se questi esperimenti avranno successo e le sperimentazioni cliniche di seguito, ci aspettiamo che questa tecnologia possa raggiungere ambiti medici reali in circa 10-20 anni”.
Fonte: Università di Tokio
Originalmente pubblicato su The European Times.