Un sistema innovador que puede ser clave para superar las limitaciones de la resonancia magnética convencional y optimizar la comprensión de procesos biológicos complejos
Buenos Aires-(Nomyc)-Una resonancia magnética de la rodilla, es una exploración que mide la densidad de las moléculas de agua presentes en la rodilla, con una resolución de cerca de un milímetro cúbico, lo que es ideal para determinar si, por ejemplo, un menisco de la rodilla está roto, pero ¿qué pasa si necesita investigar los datos estructurales de una sola molécula que es de cinco nanómetros cúbicos, o aproximadamente diez billones de veces más pequeña que la mejor resolución que los escáneres de resonancia magnética actuales son capaces de producir?
Con esta idea Amit Finkler, del Departamento de Física Química y Biológica del Instituto de Ciencias Weizmann, en un estudio, junto al estudiante de doctorado Dan Yudilevich y sus colaboradores de la Universidad de Stuttgart, Alemania, lograron dar un paso de gigante en esa dirección, al demostrar un nuevo método para obtener “imágenes de electrones individuales”.
El método, ahora en sus etapas iniciales, podría permitir la obtención de imágenes de varios tipos de moléculas, lo que podría “revolucionar el desarrollo de productos farmacéuticos y la caracterización de materiales cuánticos”.
Las técnicas actuales de resonancia magnética son fundamentales para diagnosticar una amplia gama de enfermedades durante décadas, pero aunque la tecnología ha sido innovadora para innumerables vidas, hay algunos problemas subyacentes que no se han resuelto.
Por ejemplo, la “eficiencia de lectura de la resonancia magnética es muy baja”, ya que requiere un tamaño de muestra de cientos de miles de millones de moléculas de agua, si no más, para funcionar y el efecto secundario de esa ineficiencia, es que luego “se promedia el resultado”.
Para la mayoría de los procedimientos de diagnóstico, el promedio es óptimo, pero cuando se promedian tantos componentes diferentes, se pierden algunos detalles, lo que podría ocultar procesos importantes que están sucediendo a una escala menor.
El que esto sea un problema o no depende de la pregunta que se esté haciendo: por ejemplo, hay mucha información que se puede detectar a partir de una fotografía de una multitud en un estadio de fútbol lleno, pero una foto de manera probable, no sería la mejor herramienta para utilizar si queremos saber más sobre el lunar en la mejilla de la persona sentada en el tercer asiento de la decimocuarta fila.
Si se quisiera reunir más datos sobre el lunar, lo mejor sería acercarse y Finkler y sus colaboradores están sugieren de manera básica, una toma molecular de cerca, lo que podría otorgar a los investigadores la capacidad de inspeccionar de cerca la estructura de moléculas importantes y tal vez abrir el camino hacia nuevos descubrimientos y además, hay algunos casos en los que un pequeño “lienzo” sería esencial para el trabajo en sí, como en las etapas preliminares del desarrollo farmacéutico.
¿Cómo se puede conseguir un método de resonancia magnética más preciso que funcione con muestras pequeñas, incluso con moléculas individuales? Finkler, Yudilevich y los doctores Rainer Stöhr y Andrej Denisenko de Stuttgart desarrollaron un método que puede determinar la ubicación exacta de un electrón en base a un campo magnético giratorio que se encuentra en las proximidades de un centro de nitrógeno vacante, un defecto del tamaño de un átomo en un diamante sintético especial, que se utiliza como sensor cuántico.
Debido a su tamaño atómico, este sensor es especialmente sensible a los cambios cercanos; debido a su naturaleza cuántica, puede diferenciar si hay un solo electrón presente o más, lo que lo hace especialmente adecuado para medir la ubicación de un electrón individual con una precisión increíble.
“Este nuevo método, podría aprovecharse para proporcionar un punto de vista complementario a los métodos existentes, en un esfuerzo por comprender mejor la santísima trinidad molecular de estructura, función y dinámica” explica Finkler, para quien esta investigación es un paso fundamental en el “camino hacia la obtención de imágenes nanométricas precisas” y prevén un futuro en el que “podamos utilizar esta técnica para obtener imágenes de una clase diversa de moléculas que, con suerte, estarán listas para su primer plano” y el equipo, pudo determinar la ubicación de un electrón individual en tres dimensiones, distancia, ángulo polar y acimut, con una precisión de 0,09 nanómetros.
Sobre el líder de la investigación: Amit Finkler llegó por primera vez al Instituto de Ciencias Weizmann como estudiante de posgrado, donde obtuvo su maestría y doctorado en el laboratorio del profesor Eli Zeldov en la Facultad de Física. Luego se trasladó a la Universidad de Stuttgart para realizar su investigación postdoctoral, antes de establecer su propio laboratorio en la Facultad de Química de Weizmann .
Finkler, además, es el titular de la Cátedra de Desarrollo Profesional Elaine Blond en Perpetuity.
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