EUROPA
PRESS
21 enero
2019
La
RMN mejorada podría proporcionar información sobre el Alzheimer
Investigadores del Instituto
Tecnológico de Massachusetts (MIT, por sus siglas en inglés), en Estados
Unidos, han desarrollado una forma de mejorar dramáticamente la sensibilidad de
la espectroscopia de resonancia magnética nuclear (RMN, por sus siglas en
inglés), una técnica utilizada para estudiar la estructura y composición de
muchos tipos de moléculas, incluidas las proteínas relacionadas con el
Alzheimer y otras enfermedades.
Usando este nuevo método, los científicos deberían poder
analizar en tan solo minutos las estructuras que antes habrían tardado años en
descifrar, dice Robert Griffin, profesor de Química. El nuevo enfoque, que se
basa en pulsos cortos de potencia de microondas, podría permitir a los
investigadores determinar estructuras para muchas proteínas complejas que han
sido difíciles de estudiar hasta ahora.
"Esta técnica debería abrir nuevas áreas extensas de
química, biología, materiales y ciencias médicas que actualmente son
inaccesibles", afirma Griffin, autor principal del estudio. Kong Ooi Tan, posdoctor del MIT, es el
autor principal del artículo sobre esta investigación que se publica este
viernes en 'Sciences Advances'.
Los exinvestigadores postdoctorales del MIT, Chen
Yang y Guinevere Mathies, y
Ralph Weber, de Bruker BioSpin
Corporation, también son autores del artículo.
La RMN tradicional utiliza las propiedades magnéticas de los
núcleos atómicos para revelar las estructuras de las moléculas que contienen
esos núcleos. Mediante el uso de un fuerte campo magnético que interactúa con
los espines nucleares del hidrógeno y otros átomos marcados isotópicamente,
como el carbono o el nitrógeno, la RMN mide un rasgo conocido como cambio
químico para estos núcleos. Esos cambios son únicos para cada átomo y, por lo
tanto, sirven como huellas que se pueden explotar aún más para revelar cómo se
conectan esos átomos.
La sensibilidad de la RMN depende de la polarización de los
átomos, una medida de la diferencia entre la población de giros nucleares
"arriba" y "abajo" en cada conjunto de espines. Cuanto
mayor sea la polarización, mayor será la sensibilidad que se pueda lograr.
Normalmente, los científicos intentan aumentar la polarización de sus muestras
aplicando un campo magnético más fuerte, hasta 35 tesla.
Ahorrar tiempo
Otro enfoque, que Griffin y Richard Temkin,
del Centro de Ciencia y Fusión de Plasma del MIT, han estado desarrollando
durante los últimos 25 años, mejora aún más la polarización mediante una
técnica llamada polarización nuclear dinámica (DNP, por sus siglas en inglés).
Esta técnica consiste en transferir la polarización de los electrones no
pareados de los radicales libres a los núcleos de hidrógeno, carbono, nitrógeno
o fósforo en la muestra que se está estudiando. Esto aumenta la polarización y
facilita el descubrimiento de las características estructurales de la molécula.
El DNP generalmente se realiza mediante la irradiación
continua de la muestra con microondas de alta frecuencia, utilizando un
instrumento llamado girotrón. Esto mejora la
sensibilidad a la RMN en aproximadamente cien veces. Sin embargo, este método
requiere una gran cantidad de energía y no funciona bien en campos magnéticos
más altos que podrían ofrecer mejoras de resolución aún mayores.
Para superar ese problema, el equipo del MIT ideó una forma
de administrar pulsos cortos de radiación de microondas, en lugar de una
exposición continua a las microondas. Al entregar estos pulsos a una frecuencia
específica, fueron capaces de mejorar la polarización en un factor de hasta
200. Esto es similar a la mejora lograda con el DNP tradicional, pero requiere
solo el 7 por ciento de la potencia y, a diferencia del DNP tradicional, se
puede implementar en campos magnéticos superiores.
"Podemos transferir la polarización de una manera muy
eficiente, mediante el uso eficiente de la irradiación de microondas, dice Tan.
Con la irradiación de onda continua, usted simplemente activa la potencia de
microondas y no tiene control sobre las fases o la duración del pulso".
Con esta mejora en la sensibilidad, las muestras que antes
habrían tardado casi 110 años en analizarse podrían estudiarse en un solo día,
dicen los investigadores. En el artículo de 'Sciences
Advances', demostraron la técnica usándola para
analizar moléculas de prueba estándar, como una mezcla de glicerol-agua, pero
ahora planean usarla en moléculas más complejas.
Un área importante de interés es la proteína beta amiloide que se acumula en los cerebros de los pacientes de
Alzheimer. Los científicos también planean estudiar una variedad de proteínas
unidas a la membrana, como los canales iónicos y las rodopsinas,
que son proteínas sensibles a la luz que se encuentran en las membranas
bacterianas y en la retina humana. Debido a que la sensibilidad es tan grande,
este método puede proporcionar datos útiles de un tamaño de muestra mucho más
pequeño, lo que podría facilitar el estudio de proteínas que son difíciles de
obtener en grandes cantidades.