Los investigadores del MIT han desarrollado una forma de mejorar drásticamente la sensibilidad de la espectroscopía de resonancia magnética nuclear RMN, una técnica utilizada para estudiar la estructura y composición de muchos tipos de moléculas, incluidas las proteínas relacionadas con el Alzheimer y otras enfermedades.
Usando este nuevo método, los científicos deberían poder analizar en cuestión de minutos estructuras que antes habrían tardado años en descifrar, dice Robert Griffin, Profesor de Química Arthur Amos Noyes. El nuevo enfoque, que se basa en pulsos cortos de potencia de microondas, podría permitir a los investigadores determinar estructuras para muchas proteínas complejas que han sido difíciles de estudiar hasta ahora.
"Esta técnica debería abrir amplias áreas nuevas de química, biología, materiales y ciencias médicas que actualmente son inaccesibles", dice Griffin, el autor principal del estudio.
el postdoc MIT Kong Ooi Tan es el autor principal del artículo, que aparece en Avances en ciencias el 18 de enero. Los ex postdocs del MIT Chen Yang y Guinevere Mathies, y Ralph Weber de Bruker BioSpin Corporation, también son autores del artículo.
sensibilidad mejorada
La RMN tradicional usa las propiedades magnéticas de los núcleos atómicos para revelar las estructuras de las moléculas que contienen esos núcleos. Al usar un campo magnético fuerte que interactúa con los espines nucleares de hidrógeno y otros átomos marcados isotópicamente como el carbono o el nitrógeno, la RMN mide unrasgo conocido como desplazamiento químico para estos núcleos. Esos cambios son únicos para cada átomo y, por lo tanto, sirven como huellas dactilares, que pueden explotarse aún más para revelar cómo están conectados esos átomos.
La sensibilidad de la RMN depende de la polarización de los átomos: una medida de la diferencia entre la población de espines nucleares "arriba" y "abajo" en cada conjunto de espines. Cuanto mayor sea la polarización, mayor sensibilidad se puede lograr.Por lo general, los investigadores intentan aumentar la polarización de sus muestras aplicando un campo magnético más fuerte, hasta 35 teslas.
Otro enfoque, que Griffin y Richard Temkin del Centro de Ciencia y Fusión de Plasma del MIT han estado desarrollando en los últimos 25 años, mejora aún más la polarización utilizando una técnica llamada polarización nuclear dinámica DNP. Esta técnica implica transferir la polarización de los electrones no apareadosde radicales libres a los núcleos de hidrógeno, carbono, nitrógeno o fósforo en la muestra en estudio. Esto aumenta la polarización y facilita el descubrimiento de las características estructurales de la molécula.
El DNP generalmente se realiza irradiando continuamente la muestra con microondas de alta frecuencia, utilizando un instrumento llamado girotrón. Esto mejora la sensibilidad de la RMN aproximadamente 100 veces. Sin embargo, este método requiere una gran cantidad de potencia y no funciona bienen campos magnéticos más altos que podrían ofrecer mejoras de resolución aún mayores.
Para superar ese problema, el equipo del MIT ideó una forma de administrar pulsos cortos de radiación de microondas, en lugar de la exposición continua a microondas. Al administrar estos pulsos a una frecuencia específica, pudieron aumentar la polarización en un factor de hasta200. Esto es similar a la mejora lograda con el DNP tradicional, pero requiere solo el 7 por ciento de la potencia y, a diferencia del DNP tradicional, puede implementarse en campos magnéticos más altos.
"Podemos transferir la polarización de una manera muy eficiente, mediante el uso eficiente de la irradiación de microondas", dice Tan. "Con la irradiación de onda continua, simplemente disparas la potencia de microondas y no tienes control sobre las fases o la duración del pulso".
Ahorro de tiempo
Con esta mejora en la sensibilidad, las muestras que anteriormente habrían tomado casi 110 años para analizar podrían estudiarse en un solo día, dicen los investigadores. Avances en ciencias documento, demostraron la técnica al usarla para analizar moléculas de prueba estándar, como una mezcla de glicerol y agua, pero ahora planean usarla en moléculas más complejas.
Un área importante de interés es la proteína beta amiloide que se acumula en el cerebro de los pacientes con Alzheimer. Los investigadores también planean estudiar una variedad de proteínas unidas a la membrana, como los canales iónicos y las rodopsinas, que son proteínas sensibles a la luz que se encuentran enmembranas bacterianas, así como la retina humana. Debido a que la sensibilidad es tan grande, este método puede proporcionar datos útiles de un tamaño de muestra mucho más pequeño, lo que podría facilitar el estudio de proteínas que son difíciles de obtener en grandes cantidades.
La investigación fue financiada por los Institutos Nacionales de Imagen Biomédica y Bioingeniería, la Fundación Nacional de Ciencias de Suiza y la Fundación de Investigación Alemana.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionados por Instituto de Tecnología de Massachusetts . Original escrito por Anne Trafton. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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