A ressonância magnética (RM) já é amplamente utilizada na medicina para fins diagnósticos. A ressonância magnética hiperpolarizada é um desenvolvimento mais recente e seu potencial de pesquisa e aplicação ainda não foi totalmente explorado. Pesquisadores da Johannes Gutenberg University Mainz (JGU) e do Helmholtz Institute Mainz (HIM) agora revelaram uma nova técnica para observar processos metabólicos no corpo. Seu método de ressonância magnética de contraste simples emprega para-hidrogênio facilmente produzido para rastrear processos bioquímicos em tempo real. Os resultados do seu trabalho foram publicados em Angewandte Chemie International Edition e escolhido pelos editores como um "artigo publicado", ou seja, uma publicação importante em um campo de desenvolvimento rápido e altamente significativo.

Nas últimas décadas, tornou-se prática padrão usar a ressonância magnética para exames médicos. Pode ser usado para investigar tecidos moles do corpo, como o cérebro, discos intervertebrais, e até a formação de tumores. "Imagens de ressonância magnética podem nos mostrar a estrutura do cérebro, por exemplo, mas eles não nos dizem nada sobre os processos biomoleculares que ocorrem no corpo, em parte devido à pouca sensibilidade da ressonância magnética, "disse o Dr. James Eills, primeiro autor do estudo e membro do grupo de trabalho liderado pelo Professor Dmitry Budker na JGU e HIM.

Usando átomos de hidrogênio em vez de isótopos de carbono ou nitrogênio

Uma forma de aumentar significativamente os sinais de ressonância magnética é a hiperpolarização. Isso atinge o alinhamento significativo dos spins nucleares geradores de sinal com a ajuda de um campo magnético externo. A ressonância magnética com hiperpolarização já está sendo usada para estudar processos biomoleculares no corpo; Infelizmente, o uso do isótopo de carbono C-13 ou do isótopo de nitrogênio N-15 está associado a certas desvantagens. "Seria, portanto, um benefício considerável se pudéssemos usar átomos de hidrogênio diretamente. O hidrogênio tem maior sensibilidade, é mais abundante, e o equipamento de detecção está prontamente disponível, "afirmou Eills. Uma desvantagem do hidrogênio, Contudo, é o seu tempo de relaxamento rápido. Isso significa que os átomos hiperpolarizados voltam ao seu estado original tão rapidamente que é difícil gerar imagens.

Dr. James Eills e seus colegas resolveram esse problema usando um estado quântico especial de núcleos de hidrogênio chamado de estado singlete, que deriva do chamado para-hidrogênio. "Isso significa que fomos capazes de superar as desvantagens da imagem de prótons hiperpolarizada, particularmente aqueles relacionados ao curto tempo de relaxamento, "explicou Eills. Embora o hidrogênio geralmente tenha um tempo de relaxamento de alguns segundos, isso pode ser minutos no caso de estados singlet. O estado singlete também é não magnético e, portanto, não pode ser observado. Só pode ser observado quando a molécula não é mais simétrica.

Quando fumarato é usado, metabolismo desencadeia hiperpolarização

No estudo em discussão, os cientistas descrevem sua técnica de ressonância magnética de contraste simples usando fumarato, uma biomolécula que ocorre naturalmente como um produto intermediário do metabolismo. Primeiro, fumarato é produzido a partir de uma molécula precursora e parahidrogênio. O fumarato hiperpolarizado é convertido em malato pela adição de uma molécula de água pesada. Esta conversão elimina a simetria da molécula, tornando-o magnético e detectável. "Então, podemos usar os sinais magnéticos associados para geração de imagens, "Dr. James Eills apontou.

Fumarato marcado com carbono-13 já é uma molécula que desempenha um papel significativo na imagem hiperpolarizada. Este trabalho abre a possibilidade de realizar imagens de fumarato com todos os benefícios da observação de hidrogênio em vez de cabon-13. Além disso, o uso de para-hidrogênio também seria benéfico devido ao fato de que pode ser facilmente produzido:o gás hidrogênio é simplesmente resfriado na presença de um catalisador, que é então removido. O para-hidrogênio resultante pode então ser aquecido e permanecer estável no estado para por meses.

"A ressonância magnética hiperpolarizada está nos estágios iniciais de seu desenvolvimento, e nossa contribuição é uma excitante nova variante de ressonância magnética, "concluiu Eills. É possível gravar imagens do sinal hiperpolarizado em diferentes momentos, que permite o rastreamento em tempo real dos processos metabólicos.

"A combinação de polarização induzida por parahidrogênio com estados de spin de longa duração e conversão enzimática finalmente abre a porta para uma imagem de ressonância magnética econômica de fumarato e marcadores tumorais semelhantes no metabolismo do câncer, "acrescentou o professor Gerd Buntkowsky, chefe do grupo Físico-Química da Matéria Condensada na TU Darmstadt e autor correspondente do trabalho.