Le tecniche di imaging molecolare stanno svolgendo un ruolo sempre più importante nella diagnostica medica e nello sviluppo di nuovi metodi di trattamento. Un team interdisciplinare di ricercatori provenienti dai campi della chimica, scienze dei materiali, biomedicina, la fisica quantistica e la tossicologia sono riuscite a sviluppare le basi per un nuovo mezzo di contrasto per la risonanza magnetica nell'ambito del programma di eccellenza FET Open EU. I cambiamenti molecolari nel corpo umano potrebbero così diventare rilevabili dalla risonanza magnetica e migliorare e chiarire il trattamento di malattie come il cancro, Alzheimer e malattie cardiache.

Nella risonanza magnetica (risonanza magnetica), i nuclei degli atomi di idrogeno nei tessuti sono soggetti a un campo magnetico ad alta frequenza. In questo modo producono segnali deboli nelle bobine riceventi che possono essere elaborati in immagini. "La nostra idea di base era quella di inviare molecole con nuclei di quadrupolo nel tessuto e attraverso l'interazione tra nuclei di idrogeno e questi nuclei di quadrupolo per modificare il classico segnale NMR, " spiega Hermann Scharfetter, professore all'Istituto di Ingegneria Medica della TU Graz e capo del gruppo di lavoro internazionale. In senso stretto, i ricercatori hanno perseguito l'obiettivo di modificare il decadimento del segnale nel tempo, noto anche come potenziamento del rilassamento del quadrupolo (QRE). Scharfetter:"Pensavamo che utilizzando questo principio non stavamo solo usando la distribuzione del mezzo di contrasto per rappresentare meglio gli organi, ma sono stati anche in grado di dimostrare i cambiamenti molecolari causati dalla sensibilità del QRE sull'ambiente chimico, in modo che abbiamo sostanzialmente la possibilità di attivare o disattivare il contrasto."

Prova dell'effetto

Dopo tre anni di ricerca nell'ambito del progetto CONQUER FET Open, Scharfetter e il suo team hanno ora raggiunto una svolta nelle funzionalità rivoluzionarie nell'imaging medico. Il nuovo mezzo di contrasto è stato sviluppato al punto che l'effetto esplorato può essere utilizzato con le intensità di campo degli scanner MRI standard. "Continuiamo a misurare il segnale NMR dei nuclei di idrogeno, ma cambia il rilassamento attraverso l'interazione con i nuclei del quadrupolo e quindi il contrasto. Per fare questo, abbiamo solo dovuto modificare uno scanner MRI standard in modo tale da poter spostare leggermente il campo magnetico per attivare o disattivare il contrasto. I risultati sono stati pubblicati in Revisione fisica X .

I risultati sperati sono arrivati ​​con i composti chimici dell'elemento bismuto. Molti composti di bismuto hanno frequenze di risonanza quadrupolo favorevoli che si trovano vicino ai campi magnetici degli scanner MRI clinici. Per di più, il bismuto mostra un forte accoppiamento con i nuclei di idrogeno ed è occasionalmente usato in medicina. Ulteriori indagini devono essere effettuate per garantire che il mezzo di contrasto possa essere distribuito clinicamente, come spiega Scharfetter:"In futuro, dobbiamo progettare nanoparticelle speciali che, da una parte, contengono componenti di bismuto, e d'altra parte, può essere ben distribuito nel corpo umano senza effetti collaterali e rischi per la salute. Ma molta sintesi chimica deve essere eseguita in anticipo. I nostri risultati, però, costituiscono un elemento fondamentale per un mezzo di contrasto "intelligente"".