La RMN mejorada podría proporcionar información sobre el Alzheimer y otras enfermedades

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, según manifiesta el investigador Robert Griffin. 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 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.

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