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Imágenes por resonancia electrónica

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

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

Origen

ERI es una aplicación preclínica de imágenes por resonancia 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 un fenómeno similar: la resonancia magnética nuclear (RMN). [10] [11] Debido a limitaciones de hardware y software, EPR no se estaba desarrollando tan rápidamente como NMR. Esto llevó a una enorme brecha entre estos dos métodos. Por lo tanto, para subrayar un gran avance en la obtención de imágenes preclínicas, al presentar EPRI como un método complementario a los actuales, se introdujo el término "ERI". [5] [6]

Aplicaciones en vivo

Imágenes de oxígeno

Una de las muchas aplicaciones posibles de ERI es la capacidad de medir el valor absoluto de oxígeno. [12] La amplitud 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 de 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 su uso en imágenes de oxígeno. [16] [17]

Estado redox y estrés oxidativo.

La propiedad única de 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 reductores. 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 eso se denomina estrés oxidativo. [19] [20]

Farmacocinética

ERI permite mediciones dinámicas y seguimiento 3D de la sonda de giro. [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 de la que se obtienen imágenes a lo largo del tiempo. Debido a la alta resolución temporal y sensibilidad del método, es posible distinguir las fases de entrada y salida de la sonda de giro, la biodistribución y el tiempo para alcanzar una concentración máxima de la sonda de giro. [6]

Sondas de giro

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. Suele ocurrir mediante inyección en el cuerpo del animal. Hay dos clases principales de sondas de espín que se utilizan para obtener imágenes: radicales nitróxido y triarilmetilo (TAM, tritilo).

Los radicales nitróxido son sensibles a la concentración de oxígeno, el pH, las concentraciones de tiol, la viscosidad y la polaridad. [2] El problema con este tipo de sondas de espín es su rápida reducción, lo 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 tiol, el fosfato inorgánico y el estado redox.

Aunque las sondas de giro mencionadas anteriormente son la opción más popular, hay muchas más que se pueden utilizar en ERI. Uno de 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 colocar sondas de espín extrañas.

Referencias

  1. ^ Utsumi H, Muto E, Masuda S, Hamada A. Medición de ESR in vivo de radicales libres en ratones enteros. Biochem Biophys Res Commun. 1990;172(3):1342–8.
  2. ^ abc Eaton GR, Eaton SS. Introducción a las imágenes EPR utilizando gradientes de campo magnético. Conceptos 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 invasiva para la evaluación de la oxigenación del injerto de tejido". Ingeniería de tejidos Parte C: Métodos . 24 (1): 14-19. doi :10.1089/diez.TEC.2017.0236. PMC  5756934 . PMID  28844179.{{cite journal}}: Mantenimiento CS1: varios nombres: lista de autores ( enlace )
  4. ^ Yan G, Lei P, Shuangquan JI, Liang L, Botella SE. Sondas de espín para imágenes por resonancia paramagnética electrónica. Boletín de ciencia chino 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 de electrones multiarmónicos como un enfoque innovador para estudios in vivo. Radical libre. Biolo. Y médico. 152, 271-279, (2020)
  6. ^ abcd M. Baranowski, M. Gonet, T. Czechowski, M. Kucinska, A. Plewinski, P. Szczepanik, M. Murias Imágenes por resonancia paramagnética de electrones dinámicos: técnica moderna para biodistribución e imágenes farmacocinéticas . J. Física. Química. C 124, 19743-19752, (2020)
  7. ^ Bobko AA, Eubank TD, Driesschaert B, Khramtsov VV. Evaluación EPR in vivo de pH, pO2, estado redox y concentraciones de fosfato y glutatión en el microambiente tumoral. 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). Resonancia Magnética Biológica. vol. 34. doi :10.1007/978-3-030-47318-1. ISBN 978-3-030-47317-4. PMID  33411425. S2CID  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) y 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 paramagnética. J Phys Acad Sci URSS. 1945;9:211–45.
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enlaces externos