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resonancia magnética de sodio

La resonancia magnética de sodio (también conocida como 23 Na -MRI) es una técnica especializada de imágenes por resonancia magnética que utiliza fuertes campos magnéticos , gradientes de campos magnéticos y ondas de radio para generar imágenes de la distribución del sodio en el cuerpo, a diferencia de las formas más comunes de Resonancia magnética que utiliza protones (o hidrógeno) presentes en el agua ( 1 H-MRI). [1] [2] Al igual que el protón, el sodio es naturalmente abundante en el cuerpo, por lo que se pueden obtener imágenes directamente sin necesidad de agentes de contraste o hiperpolarización . Además, los iones de sodio desempeñan un papel en importantes procesos biológicos a través de su contribución a la concentración y los gradientes electroquímicos a través de las membranas celulares , lo que los hace de interés como objetivo de obtención de imágenes en la salud y la enfermedad. [3]

A diferencia de la resonancia magnética convencional del protón, la resonancia magnética de sodio se complica por las bajas concentraciones de núcleos de Na en relación con la concentración de moléculas de H 2 O en los tejidos biológicos [4] (10-45 mM) y la menor relación giromagnética del núcleo de 23 Na. en comparación con un núcleo de 1 H. [5] [6] Esto causa una baja sensibilidad de RMN y el requisito de un campo magnético más fuerte para una resolución espacial equivalente . El núcleo cuadrupolar de 23 Na también tiene tasas de relajación transversal más rápidas y múltiples coherencias cuánticas en comparación con el núcleo de 1 H, [6] que requiere secuencias de resonancia magnética especializadas y de alto rendimiento para capturar información antes de que se pierda el contraste utilizado para obtener imágenes del cuerpo.

Importancia biológica

Efectos del microambiente tumoral hipóxico sobre el pH intracelular.

La concentración de sodio en los tejidos (CST) está estrechamente regulada por las células sanas y se ve alterada por el estado energético y la integridad celular, lo que la convierte en un marcador eficaz de estados patológicos. [4] [6] [7] Las células mantienen una baja concentración intracelular de Na + bombeando activamente iones Na a través del canal Na + /K + ATPasa, y cualquier desafío al metabolismo de la célula causa un bajo suministro de ATP o compromete la membrana celular. La integridad aumentará drásticamente las concentraciones intracelulares de Na + . Después de un ejercicio exhaustivo, por ejemplo, la resonancia magnética con 23 Na puede detectar niveles de Na + en los tejidos que aumentan bruscamente e incluso puede visualizar una comida rica en sodio en el estómago de un paciente. Los tumores malignos en particular alteran drásticamente su metabolismo, a menudo debido a condiciones intratumorales hipóxicas , lo que lleva a una disminución del pH citosólico . Para compensar, los iones Na + del espacio extracelular se intercambian por protones en el antipuerto Na + /H + , [6] cuya pérdida a menudo atenúa el crecimiento del cáncer. [8] Por lo tanto, la resonancia magnética con 23 Na es una herramienta clínica útil para detectar una serie de estados patológicos, incluidas las enfermedades cardíacas [9] y el cáncer, así como para monitorear la terapia. Por ejemplo, se ha demostrado que la resonancia magnética con 23 Na mide la celularidad en el cáncer de ovario. [10] El daño tisular en pacientes con accidente cerebrovascular también se puede evaluar utilizando 23 Na MRI, y un estudio muestra que un cambio de un 50% más de TSC que el TSC en tejido cerebral sano es consistente con un infarto completo, [11] y por lo tanto puede usarse para determinar la viabilidad del tejido y las opciones de tratamiento para el paciente. La malignidad del tumor también se puede evaluar en función de los aumentos en el CET de las células que proliferan rápidamente. Los tumores malignos tienen aproximadamente un 50-60 % de aumento del CET en relación con el de los tejidos sanos [11] ; sin embargo, no se puede determinar que los aumentos en el CET se deban a cambios en el volumen extracelular, el contenido de sodio intracelular o la neovascularización. Otro uso interesante de la resonancia magnética con 23 Na es la evaluación de la esclerosis múltiple, donde la acumulación de sodio en los axones puede provocar la degeneración de los axones. [12] Los estudios preliminares han demostrado que existe una correlación positiva entre el CET elevado y la discapacidad.

Usos en el cáncer de próstata

Recientemente, se han realizado trabajos para evaluar la utilidad del uso de resonancia magnética de sodio para caracterizar las lesiones del cáncer de próstata en hombres. [13] En este estudio, se tomaron imágenes de los pacientes con resonancia magnética de sodio antes de la extirpación quirúrgica de la próstata. El TSC se extrajo de las imágenes y se comparó con la puntuación de Gleason de las lesiones visualizadas. Este trabajo mostró aumentos estadísticamente significativos en el CET a medida que el cáncer de próstata aumentaba en agresión. Este estudio preliminar sugiere que la resonancia magnética con sodio puede caracterizar con precisión el estadio del cáncer de próstata. Esto sugiere el uso potencial de la resonancia magnética de sodio para un mejor manejo y estadificación de los pacientes con cáncer de próstata en los esquemas de tratamiento.

Ventajas

La resonancia magnética con 23 Na mide la tasa metabólica celular , así como los cambios relacionados con la enfermedad en tejidos y órganos. [14] Había mejorado de 45 minutos de duración a solo 15 minutos con 1,5 T. [6] [11] A diferencia de otras exploraciones por resonancia magnética, la resonancia magnética con sodio captura solo señales de sodio dentro del cuerpo. Para la degeneración del cartílago, el proteoglicano se degrada con carga negativa y el ion sodio cargado positivamente se une al proteoglicano. [2] Tanto el nivel de proteoglicanos como el de sodio disminuyen, por lo que se observan menos señales en la resonancia magnética de sodio. La resonancia magnética de 23 Na es muy sensible y específica para los cambios en los proteoglicanos, por lo que es buena para monitorear la degeneración de los proteoglicanos en el cartílago. [2] [15]

Referencias

  1. ^ Ouwerkerk, Ronald; Morgan, Russell H. (1 de octubre de 2007). "Resonancia magnética de 23Na: de la investigación al uso clínico". Revista del Colegio Americano de Radiología . 4 (10): 739–741. doi :10.1016/j.jacr.2007.07.001. ISSN  1546-1440. PMC  2084082 . PMID  17903762.
  2. ^ abc Borthakur, A; Shapiro, EM; Cervezas, J; Kudchodkar, S; Kneeland, JB; Reddy, R (1 de julio de 2000). "Sensibilidad de la resonancia magnética al agotamiento de proteoglicanos en el cartílago: comparación de resonancia magnética de sodio y protones". Osteoartritis y Cartílago . 8 (4): 288–293. doi : 10.1053/joca.1999.0303 . PMID  10903883.
  3. ^ Madelin, Guillaume (18 de diciembre de 2012). "Imágenes por resonancia magnética de sodio: aplicaciones biomédicas". arXiv : 1212.4400 [física.med-ph].
  4. ^ ab Romanzetti, Sandro; Mirkes, Christian C.; Fiege, Daniel P.; Celik, Avdo; Felder, Jörg; Shah, N. Jon (1 de agosto de 2014). "Mapeo de la concentración de sodio en el tejido en el cerebro humano: una comparación de secuencias de resonancia magnética a 9,4 Tesla". NeuroImagen . 96 : 44–53. doi : 10.1016/j.neuroimage.2014.03.079. ISSN  1095-9572. PMID  24721332. S2CID  17913668.
  5. ^ Madelin, Guillaume; Lee, Jae-Seung; Regata, Ravinder R.; Jerschow, Alexej (1 de mayo de 2014). "Resonancia magnética de sodio: métodos y aplicaciones". Avances en espectroscopia de resonancia magnética nuclear . 79 : 14–47. doi :10.1016/j.pnmrs.2014.02.001. PMC 4126172 . PMID  24815363. 
  6. ^ abcdeMadelin , Guillaume; Regata, Ravinder R. (1 de septiembre de 2013). "Aplicaciones biomédicas de la resonancia magnética de sodio in vivo". Revista de imágenes por resonancia magnética . 38 (3): 511–529. doi :10.1002/jmri.24168. ISSN  1053-1807. PMC 3759542 . PMID  23722972. 
  7. ^ Ouwerkerk, Ronald (1 de enero de 2011). "Resonancia magnética de sodio". En Modo, Michel; Bulte, Jeff WM (eds.). Neuroimagen por Resonancia Magnética . Métodos en biología molecular. vol. 711. Prensa Humana . págs. 175-201. doi :10.1007/978-1-61737-992-5_8. ISBN 9781617379918. PMID  21279602.
  8. ^ Alevizopoulos, Konstantinos; Calogeropoulou, Teodora; Lang, Florián; Stournaras, Christos (1 de enero de 2014). "Inhibidores de Na +/K + ATPasa en el cáncer". Objetivos farmacológicos actuales . 15 (10): 988–1000. ISSN  1873-5592. PMID  25198786.
  9. ^ Bottomley, Paul A. (1 de febrero de 2016). "Resonancia magnética de sodio en el corazón humano: una revisión". RMN en Biomedicina . 29 (2): 187–196. doi :10.1002/nbm.3265. ISSN  1099-1492. PMC 4868405 . PMID  25683054. 
  10. ^ Deen, SS; Riemer, F; McLean, MA; Gill, AB; Kaggie, JD; Grist, JT; Crawford, R; Latimer, J; Baldwin, P; Conde, HM; Parkinson, California; Smith, SA; Hodgkin, C; Moore, E; Jiménez-Linan, M; Brodie, CR; Addley, HC; Freeman, SJ; Moyle, PL; Sala, E; Tumbas, MJ; Brenton, JD; Gallagher, FA (2019). "Resonancia magnética de sodio con conos 3D como medida de celularidad tumoral en cáncer de ovario seroso de alto grado". Revista Europea de Radiología Abierta . 6 : 156-162. doi : 10.1016/j.ejro.2019.04.001 . PMC 6477161 . PMID  31032385. 
  11. ^ abc Ouwerkerk, Ronald; Bleich, Karen B.; Gillen, José S.; Pomper, Martín G.; Bottomley, Paul A. (1 de mayo de 2003). "Concentración de sodio en tejidos en tumores cerebrales humanos medida con imágenes de resonancia magnética con 23Na". Radiología . 227 (2): 529–537. doi :10.1148/radiol.2272020483. ISSN  0033-8419. PMID  12663825.
  12. ^ Inglés, M.; Madelín, G.; Oesingmann, N.; Babb, JS; Wu, W.; Stoeckel, B.; Herbert, J.; Johnson, G. (1 de marzo de 2010). "Concentración de sodio en el tejido cerebral en la esclerosis múltiple: un estudio de imágenes de sodio a 3 teslas". Cerebro . 133 (3): 847–857. doi : 10.1093/brain/awp334. ISSN  0006-8950. PMC 2842511 . PMID  20110245. 
  13. ^ Broeke, Carolina del Norte; Peterson, J.; Lee, J.; Martín, PA.; Farag, A.; Gómez, J.; Moussa, M.; Gaed, M.; Chin, J.; Pauller, SE.; Ward, A.; Bauman, G.; Barta, R.; Scholl, TJ. (24 de agosto de 2018). "Caracterización de lesiones clínicas de cáncer de próstata humano mediante resonancia magnética de sodio 3.0-T registrada en histopatología de montaje completo con clasificación Gleason". Revista de imágenes por resonancia magnética . 49 (5): 1409-1419. doi :10.1002/jmri.26336. PMID  30430700. S2CID  53425193.
  14. ^ Madelín, Guillaume; Kline, Richard; Walvick, Ronn; Regata, Ravinder R. (23 de abril de 2014). "Un método para estimar la concentración de sodio intracelular y la fracción de volumen extracelular en el cerebro in vivo mediante imágenes por resonancia magnética de sodio". Informes científicos . 4 : 4763. Código Bib : 2014NatSR...4E4763M. doi :10.1038/srep04763. PMC 4762219 . PMID  24755879. 
  15. ^ Newbould, RD; Miller, SR; Tielbeek, MANDÍBULA; Toms, LD; Rao, AW; Oro, GE; Strachan, RK; Taylor, ordenador personal; Matthews, primer ministro (1 de enero de 2012). "Reproducibilidad de las medidas de resonancia magnética de sodio del cartílago articular de la rodilla en la osteoartritis". Osteoartritis y Cartílago . 20 (1): 29–35. doi :10.1016/j.joca.2011.10.007. ISSN  1063-4584. PMC 3270258 . PMID  22040861.