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Imágenes por resonancia electrónica

La resonancia electrónica ( ERI ) es un método de obtención de imágenes preclínicas , junto con la tomografía por emisión de positrones (PET), la tomografía computarizada (TC), la resonancia magnética (MRI) y otras técnicas. La ERI se dedica a la obtención de imágenes de animales de laboratorio pequeños y su característica única es la capacidad de detectar radicales libres . [1] [2] Esta técnica también podría utilizarse para otros fines, como la ciencia de los materiales, la calidad de los alimentos, etc. [3]

Para fines de imágenes in vivo , ERI es un método mínimamente invasivo. Requiere una inyección intravenosa de sustancias externas, llamadas sondas de espín [4] (generalmente compuestos de nitróxido o triarilmetilo). La principal ventaja de la modalidad ERI es la capacidad de mapear los parámetros del microambiente del tejido, por ejemplo, la presión parcial de oxígeno (pO2), el estado redox, el estrés oxidativo , la concentración de tiol, el pH , el fósforo inorgánico, la viscosidad, etc. [5] [6] [7] [8] ERI se usa comúnmente para investigar en las áreas de oncología , trastornos neurodegenerativos y desarrollo de fármacos.

Origen

ERI es una aplicación preclínica de la resonancia magnética paramagnética electrónica (EPRI). [9] [2] El término "ERI" se introdujo para distinguir un dispositivo comercial de los dispositivos EPRI que normalmente se utilizan en el ámbito académico.

La espectroscopia de resonancia paramagnética electrónica (EPR) se dedica a la investigación de sustancias con electrones desapareados. Se introdujo por primera vez en 1944, aproximadamente al mismo tiempo que el fenómeno similar: la resonancia magnética nuclear (RMN). [10] [11] Debido a las limitaciones de hardware y software, la EPR no se desarrolló tan rápidamente como la RMN. Esto provocó una gran brecha entre estos dos métodos. Por lo tanto, para subrayar un avance en la obtención de imágenes preclínicas, al presentar la EPRI como un método complementario a los actuales, se introdujo el término "ERI". [5] [6]

Aplicaciones in vivo

Imágenes de oxígeno

Una de las muchas posibles aplicaciones del ERI es la capacidad de medir el valor absoluto del oxígeno. [12] El ancho de la señal EPR de las sondas de espín sensibles al oxígeno depende linealmente de la concentración de oxígeno en los tejidos. [13] Por lo tanto, la información sobre el valor del oxígeno se recopila directamente de las áreas examinadas. El mapeo de oxígeno se utiliza comúnmente para planificar y mejorar la efectividad de los tratamientos de radioterapia. [14] [15] Las sondas de espín de tritilo son las más adecuadas para el uso en imágenes de oxígeno. [16] [17]

Estado redox y estrés oxidativo

La propiedad única del ERI es la capacidad de rastrear especies reactivas de oxígeno (ROS). [18] Esas partículas son versátiles y se generan constantemente en los organismos vivos. ROS juega un papel especial en los mecanismos oxidativos y de reducción. En un estado fisiológico normal, la cantidad de ROS está controlada por antioxidantes . Los factores que aumentan la cantidad de ROS (por ejemplo, radiación ionizante, iones metálicos, etc.) provocarán su sobreproducción. Este estado conduce a un desequilibrio entre esas partículas y, por lo tanto, se denomina estrés oxidativo. [19] [20]

Farmacocinética

El método ERI permite realizar mediciones dinámicas y un seguimiento en 3D de la sonda de espín. [6] En este caso, el término "dinámica" se refiere a la repetición rápida del proceso de obtención de imágenes y al seguimiento de los cambios en la intensidad de la señal para cada ubicación que se obtiene a lo largo del tiempo. Debido a la alta resolución temporal y la sensibilidad del método, es posible distinguir tanto las fases de entrada como de salida de la sonda de espín, la biodistribución y el tiempo necesario para alcanzar una concentración máxima de la sonda de espín. [6]

Sondas de espín

En condiciones naturales, los radicales libres se caracterizan por tener una vida útil extremadamente corta, por lo que para capturar la señal EPR, se debe administrar una molécula externa con un radical libre estable. Por lo general, esto se hace mediante inyección en el cuerpo del animal. Existen dos clases principales de sondas de espín que se utilizan para la obtención de imágenes: radicales nitróxido y triarilmetilo (TAM, tritilo).

Los radicales de nitróxido son sensibles a la concentración de oxígeno, el pH, las concentraciones de tioles, la viscosidad y la polaridad. [2] El problema con este tipo de sondas de espín es su rápida reducción, que a veces conduce a la pérdida de la señal EPR. Los radicales triarilmetilo se caracterizan por una vida útil mucho más larga y una mayor estabilidad frente a agentes biológicos reductores y oxidantes. Son perfectos para medir la concentración de oxígeno, el pH, las concentraciones de tioles, el fosfato inorgánico y el estado redox.

Aunque las sondas de espín mencionadas anteriormente son la opción más popular, hay muchas más que se pueden utilizar en ERI. Uno de los muchos ejemplos es la melanina , un pigmento polimérico que contiene una mezcla de eumelanina y feomelanina. [21] [22] Esta es la única sustancia que se produce en condiciones naturales y permite el registro de la señal EPR, sin la necesidad de enviar sondas de espín extrañas.

Referencias

  1. ^ Utsumi H, Muto E, Masuda S, Hamada A. Medición in vivo de la ESR de radicales libres en ratones enteros. Biochem Biophys Res Commun. 1990;172(3):1342–8.
  2. ^ abc Eaton GR, Eaton SS. Introducción a la obtención de imágenes EPR mediante gradientes de campo magnético. Concepts Magn Reson. 1995;7(1):49–67.
  3. ^ Kotecha, Mrignayani, Boris Epel, Sriram Ravindran, Deborah Dorcemus, Syam Nukavarapu y Howard Halpern. (2018). "Imágenes de oxígeno por resonancia paramagnética electrónica absoluta no invasivas para la evaluación de la oxigenación del injerto de tejido". Ingeniería de tejidos, parte C: métodos . 24 (1): 14–19. doi :10.1089/ten.TEC.2017.0236. PMC 5756934.  PMID 28844179  .{{cite journal}}: CS1 maint: varios nombres: lista de autores ( enlace )
  4. ^ Yan G, Lei P, Shuangquan JI, Liang L, Bottle SE. Sondas de espín para la obtención de imágenes por resonancia paramagnética electrónica. Chinese Science Bulletin 53(24):3777-3789. Diciembre de 2008.
  5. ^ ab M. Gonet, M. Baranowski, T. Czechowski, M. Kucinska, A. Plewinski, P. Szczepanik, S. Jurga, M. Murias Imágenes por resonancia paramagnética electrónica multiarmónica como un enfoque innovador para estudios in vivo. Free Radic. Biolo. And Medic. 152, 271-279, (2020)
  6. ^ abcd M. Baranowski, M. Gonet, T. Czechowski, M. Kucinska, A. Plewinski, P. Szczepanik, M. Murias Imágenes dinámicas por resonancia paramagnética electrónica: técnica moderna para la biodistribución y la obtención de imágenes farmacocinéticas . J. Phys. Chem. C 124, 19743-19752, (2020)
  7. ^ Bobko AA, Eubank TD, Driesschaert B, Khramtsov VV. Evaluación in vivo de pH, pO2, estado redox y concentraciones de fosfato y glutatión en el microambiente tumoral mediante EPR. J Vis Exp. 16 de marzo de 2018;(133).
  8. ^ Lawrence J. Berliner, Narasimham L. Parinandi (2020). Medición de oxidantes y estrés oxidativo en sistemas biológicos, Biological Magnetic Resonance 34 (2020). Biological Magnetic Resonance. Vol. 34. doi :10.1007/978-3-030-47318-1. ISBN 978-3-030-47317-4. Número de identificación personal  33411425. Número de identificación personal  221071036.
  9. ^ Tseytlin M, Stolin AV, Guggilapu P, Bobko AA, Khramtsov VV, Tseytlin O, Raylman RR. Un sistema combinado de tomografía por emisión de positrones (PET) e imágenes por resonancia paramagnética electrónica (EPRI): evaluación inicial de un prototipo de escáner. Phys Med Biol. 2018;63(10):105010.
  10. ^ Zavoisky E. Resonancia magnética de espín en paramagnéticos. J Phys Acad Sci URSS. 1945;9:211–45.
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