{"id":120770,"date":"2024-10-16T13:05:00","date_gmt":"2024-10-16T11:05:00","guid":{"rendered":"https:\/\/ibecbarcelona.eu\/?p=120770"},"modified":"2024-10-17T11:10:49","modified_gmt":"2024-10-17T09:10:49","slug":"atomic-sensors-unveil-hidden-dynamics-of-molecular-polarization","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/ibecbarcelona.eu\/es\/sensores-atomicos-revelan-dinamicas-ocultas-en-la-polarizacion-molecular","title":{"rendered":"Sensores at\u00f3micos revelan din\u00e1micas ocultas en la polarizaci\u00f3n molecular"},"content":{"rendered":"\n


Investigadores del IBEC y el ICFO demuestran la capacidad de los sensores at\u00f3micos para monitorizar, medir y optimizar la hiperpolarizaci\u00f3n del esp\u00edn nuclear de ciertas mol\u00e9culas cl\u00ednicamente relevantes en tiempo real y de forma no destructiva. Estas caracter\u00edsticas, que han sido informadas en la revista PNAS, podr\u00edan mejorar y reducir los costes de los controles de calidad utilizados en la resonancia magn\u00e9tica cl\u00ednica.<\/strong>
<\/p>\n\n\n\n

\"\"<\/figure>\n\n\n\n
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La resonancia magn\u00e9tica (RM)<\/a> ha sido durante mucho tiempo un pilar de la medicina moderna, proporcionando im\u00e1genes altamente detalladas de los \u00f3rganos y tejidos internos. Las m\u00e1quinas de resonancia magn\u00e9tica, esos grandes imanes en forma de tubo com\u00fanmente encontrados en los hospitales, utilizan imanes potentes para mapear las densidades de las mol\u00e9culas de agua y grasa dentro del cuerpo. Adem\u00e1s de estas mol\u00e9culas, tambi\u00e9n se pueden mapear otras sustancias como los metabolitos<\/a>, aunque sus concentraciones a menudo son demasiado bajas para producir im\u00e1genes claras. Para superar esta limitaci\u00f3n, se emplea una t\u00e9cnica conocida como hiperpolarizaci\u00f3n<\/strong>. As\u00ed se mejora la se\u00f1al de resonancia magn\u00e9tica de estas sustancias, haci\u00e9ndolas m\u00e1s visibles durante los escaneos de resonancia magn\u00e9tica.<\/p>\n\n\n\n

La hiperpolarizaci\u00f3n implica preparar fuera del cuerpo una sustancia en un estado donde su magnetizaci\u00f3n\u2014clave para crear im\u00e1genes de RM\u2014est\u00e9 cerca de ser m\u00e1xima. Este proceso puede aumentar la se\u00f1al miles de veces en comparaci\u00f3n con su estado natural. Una vez hiperpolarizada, la sustancia se inyecta en el paciente y se transporta al \u00f3rgano o tejido objetivo. Sin embargo, antes de que esto ocurra, es crucial confirmar que la sustancia est\u00e1 adecuadamente hiperpolarizada a trav\u00e9s de rigurosos procesos de control de calidad.<\/p>\n\n\n\n

Las t\u00e9cnicas de control de calidad actuales enfrentan dos desaf\u00edos importantes. Primero, estos m\u00e9todos a menudo reducen la magnetizaci\u00f3n de la muestra durante el proceso de lectura, lo que disminuye su capacidad para mejorar las im\u00e1genes de la resonancia magn\u00e9tica. Segundo, el tiempo requerido para la medici\u00f3n puede ser largo. Durante este periodo la magnetizaci\u00f3n de la sustancia decae naturalmente, limitando la posibilidad de realizar mediciones consecutivas. Esto resulta en la falta de datos cr\u00edticos que podr\u00edan ayudar a maximizar la eficiencia de la hiperpolarizaci\u00f3n. Adem\u00e1s, una vez que la muestra est\u00e1 hiperpolarizada, existe el riesgo de que pierda su magnetizaci\u00f3n durante el transporte a la m\u00e1quina de RM. Las t\u00e9cnicas de control de calidad tradicionales, debido a su naturaleza lenta, pueden no ser capaces de detectar estas p\u00e9rdidas a lo largo del trayecto.<\/p>\n\n\n\n

Ahora, una colaboraci\u00f3n de investigadores del IBEC, el Dr. James Eills (actualmente en el Forschungszentrum J\u00fclich, Alemania) y la Dra. Irene Marco Rius, y de ICFO, el profesor ICREA Morgan W. Mitchell<\/strong> y el Dr. Michael C. D. Tayler<\/strong>, ha demostrado c\u00f3mo las t\u00e9cnicas de sensores at\u00f3micos superan las limitaciones del muestreo convencional al medir la magnetizaci\u00f3n de materiales hiperpolarizados. Este avance fue reportado recientemente en la revista PNAS<\/em>.<\/p>\n\n\n\n

En particular, el equipo utiliz\u00f3 magnet\u00f3metros at\u00f3micos bombeados \u00f3pticamente (OPM, por sus siglas en ingl\u00e9s), cuyos principios de funcionamiento difieren fundamentalmente de los sensores tradicionales, posibilitando la detecci\u00f3n en tiempo real de los campos producidos por las mol\u00e9culas hiperpolarizadas<\/strong>. La naturaleza de los OPM permiti\u00f3 a estos investigadores realizar observaciones continuas<\/strong>, de alta resoluci\u00f3n<\/strong> y no destructivas<\/strong> durante todo el experimento, incluyendo el proceso mismo de hiperpolarizaci\u00f3n.<\/p>\n\n\n\n

Seg\u00fan los autores, si el campo de detecci\u00f3n de la hiperpolarizaci\u00f3n fuera el cine, los m\u00e9todos anteriores ser\u00edan como una secuencia de fotos fijas, dejando a manos del espectador adivinar el hilo conductor entre im\u00e1genes congeladas. \u00abEn cambio, nuestra t\u00e9cnica es m\u00e1s como un video, donde ves toda la historia fotograma a fotograma. Esencialmente, puedes observar de manera continua y sin l\u00edmites de resoluci\u00f3n, \u00a1y de esta manera no te pierdes ning\u00fan detalle!\u00bb, explica el Dr. Michael Tayler, investigador de ICFO y coautor del art\u00edculo.<\/p>\n\n\n\n

\"\"<\/figure>\n\n\n\n
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Comportamientos revelados de compuestos qu\u00edmicos durante la
magnetizaci\u00f3n<\/strong><\/h4>\n\n\n\n

El equipo prob\u00f3 sus OPMs monitorizando la hiperpolarizaci\u00f3n en mol\u00e9culas cl\u00ednicamente relevantes. La resoluci\u00f3n sin precedentes y el seguimiento en tiempo real de los sensores at\u00f3micos les permiti\u00f3 observar c\u00f3mo la polarizaci\u00f3n en un compuesto metabolito ([1-13C]-fumarato) evolucionaba bajo la presencia de un campo magn\u00e9tico.<\/p>\n\n\n\n

Los sensores at\u00f3micos revelaron \u2018din\u00e1micas de esp\u00edn ocultas\u2019 que hab\u00edan pasado desapercibidas hasta ahora, ofreciendo un nuevo camino para optimizar la hiperpolarizaci\u00f3n desde el principio del proceso. \u201cLos m\u00e9todos anteriores oscurec\u00edan las oscilaciones sutiles en el perfil de magnetizaci\u00f3n, que antes no se detectaban\u201d, se\u00f1ala Tayler. \u00abSin el OPM, habr\u00edamos logrado una polarizaci\u00f3n final sub\u00f3ptima sin siquiera darnos cuenta\u00bb. M\u00e1s all\u00e1 de la simple observaci\u00f3n, este m\u00e9todo podr\u00eda usarse para controlar el proceso de polarizaci\u00f3n en tiempo real y detenerlo en el punto m\u00e1s conveniente, por ejemplo, cuando se alcanza la polarizaci\u00f3n m\u00e1xima.<\/p>\n\n\n\n

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Este es un hermoso ejemplo de la nueva ciencia que se puede lograr cuando investigadores de diferentes disciplinas trabajan juntos. La proximidad del IBEC y el ICFO permiti\u00f3 que pudi\u00e9semos colaborar de cerca y lograr algo realmente novedoso.<\/p>\nJames Eills<\/cite><\/blockquote>\n\n\n\n

El estudio revel\u00f3 otro comportamiento inesperado cuando el equipo aplic\u00f3 un campo magn\u00e9tico para magnetizar y desmagnetizar repetidamente la mol\u00e9cula de fumarato hiperpolarizada. Lo que se esperaba era que la magnetizaci\u00f3n aumentara hasta un m\u00e1ximo y luego volviera a cero sucesivamente, pasando de un estado al otro suavemente cada vez. Pero, en claro contraste con estas simples expectativas, la mol\u00e9cula mostr\u00f3 din\u00e1micas complejas debido a resonancias ocultas que aparec\u00edan bajo ciertas duraciones de magnetizaci\u00f3n-desmagnetizaci\u00f3n y campos magn\u00e9ticos. \u201cEste conocimiento nos ayudar\u00e1 a detectar cu\u00e1ndo ocurren comportamientos no deseados y ajustar par\u00e1metros (como la duraci\u00f3n del ciclo o la intensidad del campo magn\u00e9tico) para evitarlos\u201d, explica Tayler.<\/p>\n\n\n\n

El trabajo representa un avance en la tecnolog\u00eda de resonancia magn\u00e9tica hiperpolarizada, gracias en gran parte a los esfuerzos colaborativos del grupo de Imagen Molecular para Medicina de Precisi\u00f3n del IBEC<\/a> y el grupo de \u00d3ptica Cu\u00e1ntica At\u00f3mica del ICFO<\/a>. La experiencia del IBEC en m\u00e9todos de hiperpolarizaci\u00f3n y la del ICFO en tecnolog\u00edas de detecci\u00f3n OPM fueron fundamentales para lograr estos resultados.<\/p>\n\n\n\n

\u201cEste es un hermoso ejemplo de la nueva ciencia que se puede lograr cuando investigadores de diferentes disciplinas trabajan juntos. La proximidad del IBEC y el ICFO permiti\u00f3 que pudi\u00e9semos colaborar de cerca y lograr algo realmente novedoso\u00bb, reconoce el Dr. James Eills, investigador del IBEC y primer autor del art\u00edculo.<\/p>\n\n\n\n

El Dr. Tayler reflexiona sobre el \u00e9xito del equipo: \u00abLas mediciones del OPM funcionaron maravillosamente desde el principio. La exquisita sensibilidad de los sensores revel\u00f3 din\u00e1micas ocultas que no hab\u00edamos anticipado, como si estuvieran hechos para esta tarea. La facilidad de uso y la abundancia de nueva informaci\u00f3n los convierten en una herramienta poderosa para monitorear la hiperpolarizaci\u00f3n<\/strong>\u00ab.<\/p>\n\n\n\n

Beneficios para la RM y otras aplicaciones futuras<\/strong><\/h4>\n\n\n\n

La aplicaci\u00f3n inmediata de este estudio ser\u00eda integrar sensores at\u00f3micos port\u00e1tiles en el control de calidad de muestras cl\u00ednicas para resonancias magn\u00e9ticas, algo que el equipo del ICFO ya est\u00e1 implementando en el Proyecto del Ministerio Espa\u00f1ol \u201cSEE-13-MRI\u201d. De esta manera, se podr\u00eda guiar a las mol\u00e9culas al nivel m\u00e1s alto posible de polarizaci\u00f3n durante la hiperpolarizaci\u00f3n y certificar de manera confiable el nivel de polarizaci\u00f3n antes de que las sustancias se inyecten en los pacientes<\/strong>.<\/p>\n\n\n\n

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El m\u00e9todo que hemos desarrollado abre nuevos caminos no solo para mejorar la resonancia magn\u00e9tica, sino para diversos campos que dependen de una detecci\u00f3n magn\u00e9tica precisa. Estamos entusiasmados por ver su desarrollo futuro.<\/p>\n\n\n\n

Michael Tayler<\/p>\n<\/blockquote>\n\n\n\n

El desarrollo podr\u00eda reducir significativamente los costos y los desaf\u00edos log\u00edsticos de la RM metab\u00f3lica. De ser as\u00ed, esto aumentar\u00eda su alcance desde el peque\u00f1o n\u00famero de centros de investigaci\u00f3n especializados donde se utiliza actualmente, hasta un gran n\u00famero hospitales en todo el mundo.<\/p>\n\n\n\n

Sin embargo, el potencial de los sensores at\u00f3micos va mucho m\u00e1s all\u00e1 de la imagen m\u00e9dica. El mismo sistema de seguimiento en tiempo real, no destructivo, utilizando magnet\u00f3metros bombeados \u00f3pticamente (OPMs), podr\u00eda aplicarse para monitorear macromol\u00e9culas en procesos qu\u00edmicos, estudiar elementos de f\u00edsica de alta energ\u00eda o incluso optimizar algoritmos basados en espines en computaci\u00f3n cu\u00e1ntica. Seg\u00fan el Dr. Tayler: \u201cEl m\u00e9todo que hemos desarrollado abre nuevos caminos no solo para mejorar la resonancia magn\u00e9tica, sino para diversos campos que dependen de una detecci\u00f3n magn\u00e9tica precisa. Estamos entusiasmados por ver su desarrollo futuro\u201d.<\/p>\n\n\n\n

\n\n\n\n

Art\u00edculo referenciado:<\/strong><\/p>\n\n\n\n

James\u00a0Eills,\u00a0Morgan W.\u00a0Mitchell,\u00a0Irene Marco\u00a0Rius, and\u00a0Michael C. D.\u00a0Tayler.\u00a0Live magnetic observation of parahydrogen hyperpolarization dynamics<\/strong>. PNAS<\/em> (2024). DOI: 10.1073\/pnas.2410209121<\/a><\/p>\n\n\n\n

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Investigadores del IBEC y el ICFO demuestran la capacidad de los sensores at\u00f3micos para monitorizar, medir y optimizar la hiperpolarizaci\u00f3n del esp\u00edn nuclear de ciertas mol\u00e9culas cl\u00ednicamente relevantes en tiempo real y de forma no destructiva. Estas caracter\u00edsticas, que han sido informadas en la revista PNAS, podr\u00edan mejorar y reducir los costes de los controles de calidad utilizados en la resonancia magn\u00e9tica cl\u00ednica.<\/p>\n","protected":false},"author":37,"featured_media":120753,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"footnotes":""},"categories":[97],"tags":[1121,1737],"post_formats":[],"class_list":["post-120770","post","type-post","status-publish","format-standard","has-post-thumbnail","hentry","category-noticias-de-investigacion","tag-irene-marco-rius-es","tag-molecular-imaging-for-precision-medicine-es"],"yoast_head":"\nSensores at\u00f3micos revelan din\u00e1micas ocultas en la polarizaci\u00f3n molecular - Institute for Bioengineering of Catalonia<\/title>\n<meta name=\"robots\" content=\"index, follow, max-snippet:-1, max-image-preview:large, max-video-preview:-1\" \/>\n<link rel=\"canonical\" href=\"https:\/\/ibecbarcelona.eu\/es\/sensores-atomicos-revelan-dinamicas-ocultas-en-la-polarizacion-molecular\/\" \/>\n<meta property=\"og:locale\" content=\"es_ES\" \/>\n<meta property=\"og:type\" content=\"article\" \/>\n<meta property=\"og:title\" content=\"Sensores at\u00f3micos revelan din\u00e1micas ocultas en la polarizaci\u00f3n molecular - Institute for Bioengineering of Catalonia\" \/>\n<meta property=\"og:description\" content=\"Investigadores del IBEC y el ICFO demuestran la capacidad de los sensores at\u00f3micos para monitorizar, medir y optimizar la hiperpolarizaci\u00f3n del esp\u00edn nuclear de ciertas mol\u00e9culas cl\u00ednicamente relevantes en tiempo real y de forma no destructiva. 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