El metabolito fumarato puede revelar daño celular: nuevo método para generar fumarato para resonancia magnética
Hiperpolarización de fumarato para usar como biosensor. Crédito: John Blanchard y James Eills
Un nuevo y prometedor concepto publicado por un equipo de investigación interdisciplinario en Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) allana el camino para importantes avances en el campo de las imágenes por resonancia magnética (IRM). Su nueva técnica podría simplificar significativamente la resonancia magnética hiperpolarizada, que se desarrolló hace unos 20 años para observar los procesos metabólicos en el cuerpo. La propuesta implica la hiperpolarización del producto metabólico fumarato utilizando parahidrógeno y la posterior purificación del metabolito.
«Esta técnica no solo sería más simple, sino también mucho más económica que el procedimiento anterior», dijo el líder del proyecto, el Dr. James Eills, miembro del equipo de investigación del profesor Dmitry Budker en la Universidad Johannes Gutenberg de Mainz (JGU). y el Instituto Helmholtz Mainz (HIM). También participaron en el proyecto científicos de los campos de química, biotecnología y física de TU Darmstadt, TU Kaiserslautern, la Universidad de California Berkeley en los Estados Unidos, la Universidad de Turín en Italia y la Universidad de Southampton en Inglaterra.
El fumarato es un biosensor clave para la obtención de imágenes hiperpolarizadas
Las aplicaciones potenciales de la resonancia magnética se ven obstaculizadas por su baja sensibilidad y la técnica se limita esencialmente a observar moléculas de agua en el cuerpo. Por lo tanto, los investigadores trabajan constantemente en diferentes formas de mejorar la resonancia magnética. Hace unos 20 años se logró un gran avance cuando se desarrolló por primera vez la resonancia magnética hiperpolarizada: debido a que las moléculas hiperpolarizadas emiten señales de resonancia magnética significativamente más fuertes, también se pueden visualizar sustancias que solo están presentes en bajas concentraciones en el cuerpo. Al hiperpolarizar biomoléculas e introducirlas en los pacientes, es posible realizar un seguimiento del metabolismo en tiempo real, proporcionando así a los médicos mucha más información.
El fumarato hiperpolarizado es un biosensor prometedor para la obtención de imágenes de los procesos metabólicos. El fumarato es un metabolito del ciclo del ácido cítrico que juega un papel importante en la producción de energía de los seres vivos. Para fines de imagen, el fumarato se etiqueta con carbono-13 ya que los núcleos atómicos de este isótopo pueden hiperpolarizarse. La polarización nuclear dinámica es el método actual más avanzado para hiperpolarizar el fumarato, pero es costoso y relativamente lento. El equipamiento necesario cuesta entre uno y dos millones de euros. «La polarización nuclear dinámica es muy difícil de usar en la práctica clínica diaria debido a los altos costos y la complejidad técnica relacionados. Usando parahidrógeno, podemos hiperpolarizar esta importante biomolécula de una manera conveniente y rentable», dijo el Dr. Stephan Knecht de TU Darmstadt, el primer autor del artículo publicado.
Un nuevo método para hiperpolarizar y purificar el fumarato para su uso posterior como biosensor
El equipo de investigación dirigido por el Dr. James Eills ya ha estado trabajando en este concepto durante algún tiempo. «Hemos logrado un avance significativo ya que nuestro enfoque no solo es económico, sino también rápido y fácil de manejar», enfatizó Eills. Sin embargo, la polarización inducida por parahidrógeno, o PHIP para abreviar, también tiene sus desventajas. El bajo nivel de polarización y la gran cantidad de sustancias no deseadas que lo acompañan son particularmente problemáticos en el caso de esta técnica basada en la química. Entre otras cosas, transferir la polarización del parahidrógeno al fumarato requiere un catalizador, que permanece en el fluido de reacción al igual que otros productos secundarios de la reacción. “Los contaminantes químicos deben ser removidos de la solución para que sea biocompatible y pueda ser inyectada en seres vivos. Esto es fundamental si pensamos en la futura traducción clínica de este biosensor hiperpolarizado”, dijo la Dra. Eleonora Cavallari, física del Departamento. de Biotecnología Molecular y Ciencias de la Salud de Turín.
La solución a este problema es purificar el fumarato hiperpolarizado mediante precipitación. Luego, el fumarato toma la forma de un sólido purificado y se puede volver a disolver a la concentración deseada más tarde. «Esto significa que tenemos un producto del que se han eliminado todas las sustancias tóxicas para que el cuerpo pueda utilizarlo fácilmente», añadió el Dr. James Eills. Además, en comparación con experimentos anteriores con PHIP, la polarización se incrementa en un notable 30 a 45 por ciento. Los estudios preclínicos ya han demostrado que las imágenes de fumarato hiperpolarizado son un método adecuado para controlar cómo responden los tumores a la terapia, así como para obtener imágenes de lesiones renales agudas o los efectos del infarto de miocardio. Esta nueva forma de producir fumarato hiperpolarizado debería acelerar en gran medida los estudios preclínicos y llevar esta tecnología a más laboratorios.
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IRM de protones hiperpolarizados utilizada para observar procesos metabólicos en tiempo real Más información: Stephan Knecht et al, Hiperpolarización rápida y purificación del metabolito fumarato en solución acuosa, Actas de la Academia Nacional de Ciencias (2021). DOI: 10.1073/pnas.2025383118 Información de la revista: Procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias
Proporcionado por la Universitaet Mainz Cita: El metabolito fumarato puede revelar daño celular: Nuevo método para generar fumarato para MRI (27 de abril de 2021) recuperado el 30 de agosto de 2022 de https://medicalxpress.com/news/2021-04-metabolite-fumarate-reveal-cell-method.html Este documento está sujeto a derechos de autor. Aparte de cualquier trato justo con fines de estudio o investigación privados, ninguna parte puede reproducirse sin el permiso por escrito. El contenido se proporciona únicamente con fines informativos.