A técnica não invasiva e salvadora de vidas conhecida como ressonância magnética funciona alinhando átomos de hidrogênio em um forte campo magnético e pulsando ondas de radiofrequência para converter a resposta desses átomos em uma imagem.
O campo de proveniência da ressonância magnética, pode-se argumentar, é a química - a ressonância magnética funciona explorando as propriedades magnéticas inerentes de átomos individuais. E se, em vez de apenas criar imagens, uma máquina de ressonância magnética pudesse extrair informações detalhadas sobre a química do corpo – digamos, os níveis de pH nas proximidades de um tumor ou as anomalias de temperatura que ocorrem em torno de uma lesão? E se os princípios físicos da imagem magnética pudessem ser aplicados a todos os tipos de mudanças químicas, até o nível de átomos e moléculas, e pudessem nos dar novos insights incomparáveis ​​sobre a saúde e a doença humana?

Essas perguntas "e se" impulsionam o trabalho do professor assistente do Departamento de Química Joseph Zadrozny e sua equipe de estudantes e pesquisadores. Um químico inorgânico que segue a linha entre a química e a física quântica, Zadrozny construiu um laboratório na Colorado State University cujo objetivo principal é projetar moléculas que permitam que a ressonância magnética faça coisas que atualmente não pode. Ao fazer isso, os pesquisadores estão descobrindo insights fundamentais sobre como as propriedades magnéticas das moléculas contendo íons metálicos respondem aos seus ambientes, quer isso signifique mudanças extremamente pequenas na temperatura, pH ou outras métricas.

"Estamos vivendo, respirando e falando em reatores químicos", disse Zadrozny. "Se você pudesse imaginar essa química, seria realmente poderoso."

Núcleo que age como um elétron

Em um avanço em direção ao seu objetivo de fazer novas sondas de imagem magnética com extrema sensibilidade à temperatura, a equipe de Zadrozny publicou um artigo no Journal of the American Chemical Society que descreve uma molécula à base de cobalto que eles projetaram para ser um termômetro químico não invasivo. Eles usaram sua experiência em design molecular para fazer o spin nuclear do complexo de cobalto - uma propriedade magnética fundamental e laboriosa - imitar a sensibilidade ágil, mas menos estável do spin de um elétron. "Spin" é o que dá às partículas subatômicas seu magnetismo.

Ao fazer o núcleo de cobalto agir essencialmente como um elétron, eles mostraram que esse complexo especial de cobalto poderia um dia formar a base para uma poderosa sonda de imagem molecular que poderia ler mudanças de temperatura extremamente sutis dentro do corpo. A imaginação poderia correr solta sobre como esse fenômeno poderia ser usado:os médicos poderiam detectar as menores mudanças de temperatura em torno de um tumor ainda invisível. Um procedimento de ablação térmica no consultório pode ter precisão em nível molecular, matando o tecido doente e evitando o tecido saudável.

Criando uma sonda sensora de temperatura com o material de cobalto, que em um consultório médico pode um dia ser injetado ou ingerido para comunicar sinais de temperatura do corpo,

tiraria vantagem do magnetismo controlável de um núcleo. Também teria a propriedade desejável de leitura de informações via ondas de radiofrequência, que são seguras para o corpo humano ou animal. Tal sonda magnética também funcionaria à temperatura ambiente, prevêem os pesquisadores.

Usar as propriedades magnéticas dos elétrons giratórios – uma área de estudo popular para físicos que tentam fazer computadores quânticos – é menos ideal para imagens biomédicas. Uma razão:explorar o magnetismo dos elétrons requer micro-ondas, que são perigosas para os seres humanos (imagine precisar usar micro-ondas para obter uma ressonância magnética). Nem essas sondas baseadas em elétrons funcionariam à temperatura ambiente – elas precisariam ser muito mais frias.

Experiências de ressonância magnética nuclear

Para executar seus experimentos, a equipe de Zadrozny liderada pelo pesquisador de pós-doutorado Ökten Üngör projetou a molécula de cobalto e testou sua sensibilidade à temperatura usando um espectrômetro de ressonância magnética nuclear de 500 megahertz localizado no CSU Analytical Resources Core. O ARC é um vice-presidente de instalações compartilhadas gerenciadas por pesquisa localizada no Edifício de Química que permite que pesquisadores em todo o campus realizem pesquisas por meio de instrumentação analítica de ponta.

"Mostramos, por meio de experimentos de ressonância magnética nuclear, que a sensibilidade superou moléculas comparáveis ​​em ordens de magnitude", disse Üngör.

Uma ampla gama de aplicações pode estar reservada para a molécula de cobalto dos pesquisadores. "A química em torno do átomo de cobalto é altamente ajustável e podemos controlá-la em alto grau", disse Üngör. "Este trabalho não só é promissor no campo medicinal, mas os passos básicos e a teoria podem levar a avanços no domínio da computação quântica. Podemos encontrar ainda mais aplicações à medida que continuamos nossa pesquisa."

A equipe pode explorar o design aprimorado da sonda de imagem à base de cobalto para torná-la mais estável em solução aquosa. Por enquanto, a sensibilidade do material à temperatura é impressionante, mas a molécula não é robusta o suficiente para sobreviver no corpo por muito tempo, o que seria necessário em uma aplicação médica. + Explorar mais

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