Moléculas mejoran desempeño de agentes de contraste para resonancia magnética

El agente de contraste que se va a utilizar se empaqueta dentro de o se une a la superficie de unas partículas microscópicas, las cuales pueden ser diseñadas para dirigirse a partes específicas del cuerpo o para prolongar la actividad del agente.

Cuando el profesor asociado de ingeniería química y biomolecular Dr. Hyunjoon Kong, el estudiante de posgrado Cartney Smith y sus colegas del Instituto de Biología Genómica, de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign (EUA) se propusieron mejorar la tecnología de imágenes por resonancia magnética (RM), pusieron al revés la tecnología actual de los agentes de contraste.

Cuando los médicos realizan una resonancia magnética, administran un agente de contraste: un compuesto que, al ser inyectado en el torrente sanguíneo o ingerido por el paciente antes de la RM, mejora la claridad de los órganos y de las estructuras que se observan en la imagen obtenida. Una clase típica de agente de contraste, que se utiliza con frecuencia para obtener imágenes de los vasos sanguíneos y las hemorragias internas, contiene gadolinio, un metal del grupo de las tierras raras.

Recientemente, los investigadores biomédicos han descubierto maneras para aumentar la eficacia de ciertos agentes de contraste asociándolos con nanopartículas. El agente de contraste que se va a utilizar se empaqueta dentro de o se une a la superficie de unas partículas microscópicas, las cuales pueden ser diseñadas para dirigirse contra partes específicas del cuerpo o para prolongar la actividad del agente. Ahora están examinando el uso de esas nanopartículas para diversos propósitos. Si se pudiesen cargar esas partículas con varios tipos de colorantes o agentes de contraste en lugar de uno solo o con un agente de contraste junto con otro tipo de ayuda para el diagnóstico o con un medicamento, los médicos podrían examinar, confirmar y tratar con mayor eficacia los trastornos y reducir el número de inyecciones que deben recibir los pacientes.

Al igual que unos niños cuando comparten un juguete nuevo, parece que los compuestos que se empaquetados juntos en una nanopartícula no siempre podrían desempeñarse bien cuando están juntos. Por ejemplo, los agentes de contraste se pueden unir a otras sustancias químicas, reduciendo su eficacia. Además, cuando los agentes de contraste se encapsulan dentro de una nanopartícula, es posible que no funcionen tan bien. Los esfuerzos para unir esos agentes a la superficie exterior de las nanopartículas mediante la formación de enlaces covalentes también son un reto, ya que podrían incidir negativamente sobre la actividad de las nanopartículas o de los compuestos que ellas transportan.

Los Dres. Kong y Smith y sus colegas enfrentaron estos desafíos empleando como guía las interacciones entre las moléculas biológicas de origen natural. Muchos tipos de proteínas se unen fuertemente a las membranas celulares no por enlaces covalentes, sino mediante la suma de diversas fuerzas más débiles, como la atracción entre las cargas positivas y las negativas y la tendencia de los compuestos no polares (similares al aceite) a buscarse entre sí y evitar el agua.

El grupo planteó la hipótesis de que esos mismos tipos de fuerzas podrían ser utilizados para unir el agente de contraste a la superficie de un tipo de nanopartícula llamado liposoma, el cual se asemeja a un pequeño trozo de la membrana celular, con la forma de una pequeña burbuja. Los investigadores diseñaron una molécula “fijadora”, el DTPA-quitosano-g-C18, el cual está cargado y gracias a ello atrae al liposoma y lo enlaza al agente de contraste (el gadolinio) y una región no polar lo ancla a la membrana del liposoma.

En una serie de experimentos publicados en un artículo de la revista ACS Nano, de la Sociedad Americana del Cáncer, el Dr. Kong y sus colaboradores demostraron que su molécula de fijación se insertó fácilmente en la membrana de unos liposomas formados previamente. El gadolinio se asoció de manera estable a las nanopartículas modificadas presentes en la solución y los experimentos en modelos animales revelaron que estas nanopartículas produjeron imágenes para diagnóstico bien definidas.

“Este sistema funciona como el velcro a nivel molecular y adhiere las unidades funcionales a la cara externa de un liposoma”, dijo el Dr. Smith, quien fue el autor principal del estudio. “Este trabajo representa una nueva estrategia para el diseño de materiales, escalable y fácil de implementar. El desarrollo de estos agentes de contraste mejorados tiene el potencial de impactar directamente sobre la vida de los pacientes mediante la detección de los vasos sanguíneos dañados”.

Una de las dificultades de trabajar con liposomas es su tendencia a degradarse dentro del cuerpo. Cuando los liposomas cargados con el fijador fueron degradados, se perdió parte de la eficacia del gadolinio. En un segundo estudio publicado el 8 de abril de 2014 en la revista Langmuir, los Dres. Kong y Smith desarrollaron un proceso para la reticulación química de los componentes de la nanopartícula con el cual se prolongó la vida de las nanopartículas en ambientes biológicos.

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Institute for Genomic Biology, University of Illinois at Urbana-Champaign