Los tumores, la inflamación y los trastornos circulatorios alteran localmente el equilibrio ácido-base del cuerpo. Estos cambios en el valor del pH podrían usarse, por ejemplo, para verificar el éxito de los tratamientos contra el cáncer. Hasta ahora, sin embargo, no ha habido un método de imagen para generar talcambios visibles en los pacientes. Ahora, un equipo de la Universidad Técnica de Munich TUM ha desarrollado un sensor de pH que hace que los valores de pH sean visibles a través de imágenes de resonancia magnética IRM, de manera no invasiva y sin radiación.
Hace cuatro años, durante un experimento de resonancia magnética con células tumorales, el físico del TUM Dr. Franz Schilling encontró señales de una molécula que era altamente sensible a los cambios de pH. La molécula, que se identificó como ácido zimónico en investigaciones posteriores, podría jugar unpapel importante en el futuro de las imágenes médicas. Como biosensor de los valores de pH, podría proporcionar información sobre el cuerpo que había sido imposible en el pasado.
"Un método apropiado de obtención de imágenes de pH permitiría visualizar cambios anormales en el tejido y específicamente procesos metabólicos de los tumores", explica Franz Schilling. Las áreas que rodean los tumores y las inflamaciones suelen ser ligeramente más ácidas que las áreas que rodean el tejido sano, un fenómeno posiblemente relacionadoa la agresividad de los tumores. Schilling ve otros usos potenciales en los pronósticos de tratamiento: "Los valores de pH también son interesantes cuando se trata de evaluar la eficacia de los tratamientos tumorales. Incluso antes de que un tumor tratado con éxito comience a reducirse, su metabolismo y, por lo tanto, el valor de pH deel área circundante podría cambiar. Un método de imagen de pH apropiado indicaría en una etapa mucho más temprana si se ha seleccionado o no el enfoque correcto ".
Schilling ahora es Director del grupo de trabajo de Imagen preclínica y Física médica en la Clínica y Policlínica de Medicina Nuclear en el TUM Klinikum rechts der Isar. En los últimos años, se ha unido a colegas de los departamentos de Física, Química yMedicina para investigar el ácido zimónico como biosensor. En la revista Comunicaciones de la naturaleza el equipo describe cómo se puede usar para representar de manera confiable los valores de pH en los cuerpos de animales pequeños.
MRI-Imaging con limitaciones de tiempo
Para hacer visibles los valores de pH utilizando ácido zimónico, la molécula se inyecta en el cuerpo y luego se realiza una investigación de resonancia magnética MRI del tejido objeto. En términos muy simplificados: en un campo magnético fuerte, las ondas de radio excitanlos espines nucleares del ácido zimónico a la oscilación. Luego se registran las reacciones de los núcleos. Estos datos se utilizan para calcular los espectros de frecuencia que a su vez proporcionan información sobre las propiedades químicas de los alrededores moleculares de los núcleos. En última instancia, el valor de pH encualquier ubicación examinada en el tejido puede representarse en función de los cambios moleculares dependientes del pH en el ácido zimónico.
El ácido zimónico debe marcarse con carbono 13 para que sea visible en las imágenes de resonancia magnética. Esto significa que las moléculas contienen átomos de carbono 13 13C en lugar de átomos de carbono "normales". Pero el ácido zimónico marcado de esta manera sigue siendono es medible: su señal de resonancia magnética es demasiado débil. "Por lo tanto, utilizamos un método relativamente nuevo, la hiperpolarización", explica Stephan Düwel, físico y primer autor del estudio. "Utilizamos un dispositivo especial para transferir la polarización de electrones al átomo atómico 13C".núcleos que usan microondas a temperaturas muy bajas, lo que da como resultado una señal de resonancia magnética hasta 100,000 veces más fuerte ". Luego se usa un líquido caliente para devolver rápidamente el ácido zimónico a temperatura ambiente.
Después de esto, los científicos deben actuar rápidamente. El biosensor se inyecta por vía intravenosa en el organismo, luego la resonancia magnética debe realizarse de inmediato: el efecto amplificador de la señal de la hiperpolarización solo tarda 60 segundos en desaparecer nuevamente."Actualmente estamos trabajando para expandir esta ventana de tiempo", dice Düwel. "Por un lado, estamos tratando de mejorar las propiedades de resonancia magnética del ácido zimónico con modificaciones apropiadas a la molécula; por otro lado, estamos buscandopara otras moléculas sensibles al pH ", explica el bioquímico Christian Hundshammer, segundo autor del estudio.
Ventajas en comparación con otros enfoques
Franz Schilling y su equipo han logrado demostrar que su método es lo suficientemente sensible como para representar cambios de valor de pH médicamente relevantes en el organismo. Además, utilizando ácido zimónico es posible investigar específicamente el valor de pH fuera de la membrana celular: con otros biosensoresa menudo no está claro si los cambios medidos tienen lugar dentro o fuera de la célula intracelular o extracelular. Esto es importante porque el valor intracelular suele ser estable, mientras que los cambios en el metabolismo tienen un impacto mucho mayor en el valor extracelular.
A diferencia de los métodos ópticos, que se limitan a la penetración superficial en el cuerpo debido a la baja transparencia del tejido, no hay limitaciones en cuanto a la profundidad de penetración para la resonancia magnética. Además, se ha demostrado que el ácido zimónico no es tóxico en el cuerpoconcentraciones utilizadas con animales pequeños y también se crea en bajas concentraciones como un subproducto del metabolito ácido pirúvico que está presente en el cuerpo.
"Creemos que el ácido zimónico es un biosensor muy prometedor para aplicaciones de pacientes", dice Franz Schilling. Sin embargo, por el momento, se planean estudios preclínicos adicionales para determinar las ventajas de este nuevo biomarcador de imagen en comparación con los métodos convencionalesy para mejorar aún más la resolución espacial de las imágenes de pH.
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Materiales proporcionado por Universidad Técnica de Munich TUM . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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