Os nanodiamantes - diamantes industriais sintéticos com apenas alguns nanômetros de tamanho - atraíram recentemente uma atenção considerável devido ao potencial que oferecem para a distribuição direcionada de vacinas e medicamentos contra o câncer e para outros usos. Até agora, opções para imagens de nanodiamantes têm sido limitadas. Agora, uma equipe de investigadores baseada no Athinoula A. Martinos Center for Biomedical Imaging no Massachusetts General Hospital desenvolveu um meio de rastrear nanodiamantes de forma não invasiva com imagens de ressonância magnética (MRI), abrindo uma série de novos aplicativos. Eles relatam suas descobertas hoje no jornal online Nature Communications .
"Com este estudo, mostramos que poderíamos produzir imagens de RM biomedicamente relevantes usando nanodiamantes como fonte de contraste nas imagens e que poderíamos ligar e desligar o contraste à vontade, "diz David Waddington, autor principal do artigo e estudante de doutorado na University of Sydney, na Austrália. Waddington está atualmente trabalhando com Matthew Rosen, PhD, no Laboratório de Imagens de Campo Baixo do Martinos Center. "Com estratégias concorrentes, os nanodiamantes devem ser preparados externamente e, em seguida, injetados no corpo, onde eles só podem ser fotografados por algumas horas, no máximo. Contudo, como nossa técnica é biocompatível, podemos continuar imaginando por períodos indefinidos de tempo. Isso aumenta a possibilidade de rastrear a entrega de compostos de nanodiamantes para uma variedade de doenças e fornecer informações vitais sobre a eficácia de diferentes opções de tratamento. "
Waddington começou este trabalho há três anos como parte de uma bolsa Fulbright concedida no início de seu trabalho de graduação na Universidade de Sydney, onde ele é membro de uma equipe liderada pelo co-autor do estudo David Reilly, PhD, no novo Sydney Nanoscience Hub - a sede do Australian Institute for Nanoscale Science and Technology, que foi lançado no ano passado. Como parte do grupo Reilly, Waddington desempenhou um papel crucial nos primeiros sucessos com imagens de nanodiamantes, incluindo um artigo de 2015 em Nature Communications . Ele então procurou estender o potencial da abordagem colaborando com Rosen no Martinos Center e Ronald Walsworth, PhD, na Harvard University, também co-autor do presente estudo. O grupo de Rosen é líder mundial na área de imagem por ressonância magnética de campo ultrabaixo, uma técnica que se mostrou essencial para o desenvolvimento de imagens de nanodiamantes in vivo.
Anteriormente, o uso de imagens de nanodiamantes em sistemas vivos foi limitado a regiões acessíveis por meio de técnicas de fluorescência óptica. Contudo, a maioria das aplicações diagnósticas e terapêuticas potenciais de nanopartículas, incluindo rastreamento de processos de doenças complexas, como câncer, pedem o uso de ressonância magnética - o padrão ouro para métodos não invasivos, alto contraste, imagem clínica tridimensional.
No presente estudo, os pesquisadores mostram que eles poderiam obter ressonância magnética aprimorada com nanodiamantes tirando proveito de um fenômeno conhecido como efeito Overhauser para aumentar o sinal de ressonância magnética inerentemente fraco do diamante por meio de um processo chamado hiperpolarização, em que os núcleos são alinhados dentro de um diamante para que criem um sinal detectável por um scanner de ressonância magnética. A abordagem convencional para hiperpolarização usa técnicas de física de estado sólido em temperaturas criogênicas, mas o aumento do sinal não dura muito e está quase acabando no momento em que o composto de nanopartículas é injetado no corpo. Ao combinar o efeito Overhauser com os avanços na ressonância magnética de campo ultrabaixo do Martinos Center, os pesquisadores conseguiram superar essa limitação - abrindo assim o caminho para imagens de nanodiamantes in vivo de alto contraste por períodos de tempo indefinidamente longos.
A ressonância magnética de campo ultrabaixo de alto desempenho é em si uma tecnologia relativamente nova, relatado pela primeira vez em Relatórios Científicos em 2015 pelos colegas Rosen e Martinos Center. "Graças à engenharia inovadora, estratégias de aquisição e processamento de sinal, a tecnologia oferece velocidade e resolução até agora inatingíveis no regime de ressonância magnética de campo ultrabaixo, "diz Rosen, diretor do Laboratório de Imagens de Campo Baixo, professor assistente de radiologia na Harvard Medical School e autor sênior do artigo atual. "E o mais importante, removendo a necessidade de maciça, ímãs supercondutores resfriados com criogênio, abre uma série de novas oportunidades, incluindo a técnica de imagem do nanodiamante que acabamos de descrever. "
Os pesquisadores notaram várias aplicações possíveis para sua nova abordagem de ressonância magnética aprimorada com nanodiamantes. Isso inclui a detecção precisa de tumores de linfonodos, que pode ajudar no tratamento do câncer de próstata metastático, e explorar a permeabilidade da barreira hematoencefálica, que pode desempenhar um papel importante no tratamento do AVC isquêmico. Porque fornece um sinal MR mensurável por períodos de mais de um mês, a técnica pode beneficiar aplicações como o monitoramento da resposta à terapia.
Incluídas no monitoramento do tratamento estão as aplicações no crescente campo da medicina personalizada. "A entrega de medicamentos altamente específicos está fortemente correlacionada com resultados de pacientes bem-sucedidos, "diz Waddington, que foi homenageado com o prêmio Journal of Magnetic Resonance Young Scientist na Conferência de NMR Experimental de 2016 em reconhecimento por este trabalho. "Contudo, a resposta a tais drogas freqüentemente varia significativamente em uma base individual. A capacidade de obter imagens e rastrear a liberação desses compostos de nanodiamantes seria, Portanto, ser muito vantajoso para o desenvolvimento de tratamentos personalizados. "
Os pesquisadores continuam a explorar o potencial da técnica e agora planejam um estudo detalhado da abordagem em um modelo animal, ao mesmo tempo, investigando o comportamento de diferentes complexos de nanodiamantes-drogas e visualizando-os com a nova capacidade.
