Mezzi di contrasto a base di gadolinio, il gold standard nella risonanza magnetica (MRI) per determinare la salute di un paziente, può essere migliorato, secondo gli ingegneri della Rice University che stanno perfezionando i modelli utilizzati per la prima volta per migliorare il recupero di petrolio e gas.

Il team guidato da Dilip Asthagiri e Philip Singer della George R. Brown School of Engineering aveva studiato come gli strumenti di risonanza magnetica nucleare, comunemente utilizzato nell'industria petrolifera per caratterizzare i giacimenti sotterranei, potrebbe essere ottimizzato attraverso simulazioni di dinamica molecolare.

"Abbiamo affrontato molte questioni scientifiche fondamentali lì, e ci siamo chiesti se c'erano altri modi in cui potevamo usare queste simulazioni, " ha detto Asthagiri.

"Ci sono circa 100 milioni di risonanze magnetiche eseguite in tutto il mondo ogni anno, e circa il 40% utilizza mezzi di contrasto a base di gadolinio, ma il modo in cui modellano la risposta alla risonanza magnetica a questi agenti non è cambiato in modo significativo dagli anni '80, " Ha detto Singer. "Abbiamo pensato che sarebbe stato un buon banco di prova per le nostre idee".

I risultati della loro ricerca appaiono sulla rivista Royal Society of Chemistry Chimica Fisica Fisica Chimica .

Il loro articolo dimostra come limitare il numero di parametri nelle simulazioni ha il potenziale per migliorare l'analisi degli agenti di contrasto a base di gadolinio e quanto siano efficaci nell'imaging per la diagnosi clinica. Il loro obiettivo è creare mezzi di contrasto migliori e più personalizzabili.

I medici usano dispositivi MRI per "vedere" lo stato dei tessuti molli all'interno del corpo, compreso il cervello, inducendo momenti magnetici nei nuclei di idrogeno delle sempre presenti molecole d'acqua ad allinearsi lungo il campo magnetico. Il dispositivo rileva punti luminosi quando i nuclei allineati "rilassano" tornando all'equilibrio termico a seguito di un'eccitazione, e più velocemente si rilassano, più luminoso è il contrasto.

È qui che entrano in gioco gli agenti di contrasto paramagnetici a base di gadolinio. "Gli ioni di gadolinio aumentano la sensibilità e rendono il segnale più luminoso diminuendo il tempo di rilassamento T1 dei nuclei di idrogeno, " Ha detto Asthagiri. "Il nostro obiettivo finale è aiutare l'ottimizzazione e la progettazione di questi agenti".

Tipicamente, il gadolinio è "chelato", circondato da ioni metallici, per renderlo meno tossico. "Il corpo non rimuove il gadolinio da solo e ha bisogno di essere chelato in modo che i reni possano liberarsene dopo una scansione, " Ha detto Singer. "Ma la chelazione rallenta anche la rotazione molecolare, e questo crea un contrasto migliore nell'immagine della risonanza magnetica".

I ricercatori hanno notato che "chelato" deriva dalla parola greca per artiglio. "In questo caso, questi artigli afferrano il gadolinio per renderlo stabile, " ha detto. "Speriamo che i nostri modelli ci aiutino a progettare una presa più forte, che li renderà più sicuri massimizzando la loro capacità di aumentare il contrasto."

Hanno riconosciuto che i chelati di gadolinio, che ha rivoluzionato i test MRI quando è stato introdotto alla fine degli anni '80, sono stati controversi ultimamente da quando è stato scoperto che i pazienti con insufficienza renale non erano in grado di eliminare tutte le tossine. "Da allora hanno capito che se hai una buona funzione renale, i benefici superano i potenziali rischi, " ha detto il cantante.

Il team sta anche adattando i suoi modelli oltre le interazioni con l'acqua. "Nei sistemi biologici, le cellule hanno altri costituenti come osmoliti e denaturanti come l'urea, quindi stiamo modellando il gadolinio con questi diversi ambienti per costruire verso una varietà di applicazioni, " ha detto Asthagiri.