El IBEC acoge una tecnología de resonancia única en España para el estudio del metabolismo celular 

Recientemente se ha instalado en el IBEC un polarizador de polarización nuclear dinámica (DNP, por sus siglas en inglés) para resonancia magnética nuclear (RMN). Se trata del único en funcionamiento en España y de los pocos que existen en Europa. Este equipamiento puede mejorar la señal hasta 10.000 veces en comparación con un procedimiento de RMN convencional y permite el estudio del metabolismo celular en tiempo real.  

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El equipo HyperSense™, de la empresa Oxford Instruments Molecular Biotools, se ha instalado en el Laboratorio Molecular Imaging for Precision Medicine (MIPMED) del Instituto de Bioingeniería de Cataluña (IBEC), dirigido por Irene Marco, tras un convenio de cesión suscrito con la Universidad de Barcelona (UB). Este polarizador in vitro puede proporcionar una relación señal-ruido que no podría alcanzar un equipo de RMN convencional, ya que aumenta su sensibilidad en más de 10.000 veces. En consecuencia, esta técnica puede usarse para el estudio de procesos metabólicos rápidos, ya sea in vivo o in vitro, de forma no invasiva y en tiempo real, y ofreciendo información sobre los cambios mecánicos y bioquímicos que tienen lugar en un órgano enfermo, por ejemplo. Esta potente técnica puede abrir paso a nuevas áreas de investigación y probablemente supondrá un cambio en el campo de la RMN.

El equipo instalado en el IBEC realiza una polarización nuclear dinámica de muestras en formato fluido como, por ejemplo, azúcares, que posteriormente se utilizan para monitorizar el metabolismo celular en un equipo convencional de RMN. La muestra se traslada al centro del HyperSense™, donde se sumerge en helio líquido en el núcleo del campo magnético. Todo esto se lleva a cabo a una temperatura extremadamente baja, de -271,75 ºC, lo que permite que los átomos de carbono de la muestra estén casi completamente polarizados.   

Los investigadores del IBEC utilizan ácido pirúvico hiperpolarizado, un azúcar que posteriormente se utiliza para el estudio del metabolismo de distintos tipos celulares. Dentro del equipo de RMN, se suministra a las células esta muestra y, durante unos 75 segundos, se puede realizar un seguimiento de cómo las células absorben ese azúcar y de todos los pasos metabólicos que lo utilizan como fuente de energía. Este breve periodo de tiempo es suficiente para observar varias reacciones enzimáticas e intermediarios transitorios de reacciones metabólicas. Dicho de otro modo, este excepcional incremento de sensibilidad permite a los investigadores observar procesos moleculares de varios sistemas biológicos en tiempo real, in situ y de una forma no invasiva en tan solo unos minutos. Además, puesto que se trata de un procedimiento muy rápido, se evitan problemas como cambios de temperatura y niveles de oxígeno, y muerte o alteraciones celulares durante el experimento, lo que permite comparar con fiabilidad los resultados de experimentos distintos.   

La resonancia magnética hiperpolarizada nos permite observar, en un par de minutos, lo que solo podríamos ver pasadas unas horas con una RMN convencional y, además, hacerlo con una sensibilidad hasta 10.000 veces superior.

Irene Marco, líder de grupo en el IBEC

Uno de los proyectos coordinados por el grupo de investigación de Irene Marco, el proyecto europeo BLOC, podrá beneficiarse enormemente de la reciente instalación de este equipo. Se trata de un proyecto que pretende desarrollar un espectrómetro de sobremesa basado en la espectroscopia y la imagen por resonancia magnética mediante la polarización nuclear dinámica (RM-DNP) para monitorizar enfermedades y evaluar las respuestas a distintos estímulos. Como prueba de concepto, este proyecto fabricará un modelo biomimético formado por células del hígado e islotes pancreáticos, y desarrollará el hardware y el software de RM-DNP necesarios para el estudio de enfermedades metabólicas como la diabetes y la enfermedad de hígado graso no alcohólico (NAFLD por sus siglas en inglés).  

El siguiente vídeo en “time-lapse” muestra todo el proceso de instalación del equipo HyperSense™, que duró tres días y que contó con la participación de técnicos y profesionales expertos.