SEBBM DIVULGACION LA CIENCIA AL ALCANCE DE LA MANO

OCTUBRE 2009SEBBM DIVULGACIONLA CIENCIA AL ALCANCE DE LA MANOAplicaciones de la Resonancia Magnética Nuclear a la investigaciónbiomédicaPilar López LarrubiaInstituto de Investigaciones Biomédicas “Alberto Sols” (CSIC-UAM). SUMMARYThe Nuclear Magnetic Resonance(NMR) phenomenon was describedin 1946. Since then and especially inlast decades, NMR techniques havedeveloped into a very useful tool firstin fields like Physics or Chemistry,and more recently in others likeMolecular Biology, Medicine orBiochemistry.http://www.sebbm.es/HEMEROTECA:http://www.sebbm.es/ES/divulgacionciencia-para-todos_10/la-ciencia-alalcance-de-la-mano-articulos-dedivulgacion_29ResumenDesde su descubrimiento en 1946,las técnicas de ResonanciaMagnética Nuclear (RMN) hanevolucionado, sobre todo en lasúltimas décadas, hasta convertirseen una herramienta muy útil,primero en campos como la físicay la química, y más recientementeen otros como la biologíamolecular, la medicina o labioquímica.La RMN es una técnica transversalque ha experimentado unespectacular desarrollo gracias a lacontribución de numerosas áreas deconocimiento que abarcan desde lasciencias experimentales clásicashasta ciencias de la salud otecnológicas. Fue descrita en 1946de manera simultánea eindependiente por los investigadoresBloch y Purcell, consiguiendo ambospor ello el Premio Nobel en 1952. Esun fenómeno que presentan losnúcleos magnéticamente activos enpresencia de un campo magnéticoestable y la aplicación de ondaselectromagnéticas deradiofrecuencia. El núcleo es elcorazón de los átomos donde seacomodan la mayoría de las masaselementales (neutrones y protones).Los núcleos con un número impar deprotones o neutrones, poseen unmomento magnético característico yun campo magnético asociado.Cuando se exponen a un campomagnético estático B0, los dipolosmagnéticos de los núcleos tienden aalinearse con el mismo. Para elisótopo 1H del átomo de hidrógenose crean dos estados energéticos,uno paralelo y otro antiparalelo a B0,con prácticamente la mismaprobabilidad de ser ocupados y unamagnetización neta resultante (M0).La RMN se basa en la aplicación deun campo de radiofrecuencia B1 enuna dirección perpendicular a B0 quegenera una magnetizacióntransversal dependiente del tiempoque induce, por tanto, un voltaje quese puede medir empleando unreceptor apropiado. A pesar de ser elnúcleo más sensible y abundante, el1H no es el único empleado en estatécnica. Existen otros átomos queaportan información muy valiosa y noaccesible por otras metodologías,como son 31P, 13C, 19F, 23Na, etc.La RMN presenta dos vertientes deestudio, por un lado laespectroscopía, quizá la másconocida en el campo de la químicay la bioquímica, y por otro la imagenmás extendida en la medicina y labiomedicina. Las aplicacionesbioquímicas de la RMNprobablemente comenzaron en 1972cuando por espectroscopía decarbono 13 (13C RMN) se siguió elmetabolismo de la glucosa, marcadacon dicho isótopo, en unasuspensión. En base a los resultadosse concluyó que esta técnica podíaser enormemente útil en el estudiode procesos bioquímicos. Pronto la31P RMN se utilizó para determinarel pH intracelular en una suspensiónde eritrocitos y posteriormente en unSEBBM DIVULGACIÓN

OCTUBRE 2009músculo. Casi simultáneamente seobtuvo la primera imagen de RMN.La enorme versatilidad deaproximación de esta técnica,permite la investigación de aspectostan diversos como la estructuratridimensional y dinámica demacromoléculas biológicas, elestudio de la anatomía normal ypatológica en seres humanos ymodelos animales, o el seguimientoin vivo de rutas metabólicas y suregulación. No obstante, la Imagende Resonancia Magnética (IRM) esla vertiente más conocida a nivelpopular dada su cada vez mayorimplantación en el diagnósticoclínico. Es una técnica que usa unaradiación electromagnética noionizante para obtener imágenes conun excelente contraste entre tejidosblandos y una elevada resoluciónespacial en cualquier dirección delespacio. En este caso, de entretodos los posibles átomos a utilizar,el hidrógeno es el de uso másextendido por diferentes factores.Prácticamente la totalidad de lasimágenes obtenidas en diagnósticoson imágenes de 1H, que por otrolado es el núcleo más abundante enel cuerpo humano. Dentro de laspotenciales aplicaciones de la IRM,merecen un notable interés todas lasencaminadas al diagnóstico,pronóstico y estudio de las diferentesneuropatologías, algunas de lacuales forman parte de lasenfermedades de mayor prevalenciay trascendencia en la sociedadactual, como son los tumoresintracraneales, neurodegeneracioneso encefalopatías. Además, comoresultado de los avancestecnológicos, las técnicas deadquisición rápida de imagen hanpermitido abordar áreas quetradicionalmente se creíanincompatibles con la RM, comoestudios dinámicos, imagen cine,imagen 3D de alta resolución,angiografía y estudio funcional delcerebro.Imagen de RMN en orientaciónsagital del cerebro de una rata(modelo animal de traumatismocerebral difuso). Se aprecianregiones hiperintensas asociadas ala dilatación de los ventrículos y eledema cerebral.Dentro del campo de la investigaciónbásica, el desarrollo de laaproximación biomédica de la RMNse ha soportado en algunas ventajasde los métodos empleados en lamisma comparados con las técnicasmás clásicas. Las característicasinherentes de esta técnica, comotiempos de relajación, valores dedesplazamiento químico yconstantes de acoplamiento,contienen una valiosa informacióndel estado fisiológico o patológico delos tejidos y de la operación in situde multitud de procesos biológicos.Por contrapartida, los métodos deRMN son menos sensibles que losclásicos métodos ópticos oradiactivos, con sensibilidades queoscilan entre 0,01 y 1 mM paraestudios in vitro e in vivorespectivamente.Todas estas características abren unenorme campo de posibilidades quehan conducido a que tanto la imagencomo la espectroscopía de RMN seapliquen cada vez más en multitudde áreas y líneas de investigacióndentro de casi cualquier área de laciencia, permitiendo el estudio denumerosos aspectos de una maneraque no abordable por ninguna otratécnica.Referencias1. Ray Freeman “A handbook ofNuclear Magnetic Resonance”Ed. Longman Scientific andTechnical, 1988, Oxford2. Peter A. Rinck “MagneticResonance in Medicine” 5thedition. Ed. ESMRMB, 2003,Berlín3. Raymond A. Dwek “NuclearMagnetic Resonance inBiochemistry” Ed. ClarendorPress, 1975, Oxford4. David D. Stark and Willian G.Bradley “Magnetic ResonanceImaging. Vol. I, II, III” Ed. MosbyInc., 1999, Missouri5. C-N Chen and D. I. Hoult,“Biomedical MagneticResonance Technology” Ed.Adam Hilger, 1989, Bristol andNew YorkSEBBM DIVULGACIÓN