Rilevamento altamente sensibile per mezzi di contrasto per la risonanza magnetica
Gli scienziati hanno sviluppato un sensore in grado di rilevare il gadolinio anche in quantità minime.
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La risonanza magnetica, abbreviata in RM, fornisce immagini dettagliate dell’interno del corpo. Si tratta di una tecnica indispensabile per la diagnosi e la pianificazione del trattamento di molte forme di cancro, che non comporta alcuna esposizione alle radiazioni per l’organismo, poiché si avvale di campi magnetici e onde radio a bassa energia. Nelle immagini RM, le alterazioni patologiche, come ad esempio i tumori, possono essere chiaramente distinte dal tessuto sano.
Il contrasto necessario per le immagini RM è garantito dall’elemento gadolinio, che negli agenti di contrasto è racchiuso in modo sicuro in una cosiddetta molecola chelata, simile a una gabbia molecolare. Grazie alle sue particolari proprietà magnetiche, all’interno del tomografo a risonanza magnetica il gadolinio interagisce con le molecole d’acqua presenti nel corpo. In questo modo, determinati tessuti ricchi di acqua appaiono più chiari nelle immagini, creando così il contrasto nell’imaging.
In poco meno della metà di tutti gli esami di risonanza magnetica vengono utilizzati mezzi di contrasto a base di gadolinio. Dopo l’esame, questi vengono espulsi attraverso i reni nelle urine e finiscono nelle acque reflue. Lì il gadolinio rimane, a lungo termine, legato nella sua gabbia chelata. «Riteniamo tuttavia che vi sia l’urgente necessità di gettare le basi per nuovi e sensibili metodi analitici che ci consentano di tracciare il gadolinio proveniente dai mezzi di contrasto, ma anche dai processi industriali presenti nell’ambiente», spiega Leif Schröder del DKFZ, che ha guidato lo studio.
Misurazione del gadolinio fino al range micromolare
Gli scienziati hanno combinato due effetti. Da un lato hanno utilizzato lo xeno iperpolarizzato, un gas nobile fortemente magnetizzato, racchiuso in un altro tipo di gabbia che produce segnali nella risonanza magnetica. In questo contesto, lo spin nucleare dello xeno funge da sensore quantistico e mostra due segnali distinti: uno per lo xeno legato alle molecole della gabbia e l’altro per lo xeno libero nella soluzione. D’altra parte, il gadolinio espelle lo xeno dalla sua gabbia, in modo che il segnale dello xeno corrispondente si riduca e alla fine scompaia del tutto.
«Sulla base della riduzione del segnale dello xeno, siamo riusciti a determinare la concentrazione di gadolinio all’esterno della gabbia», afferma Hannah Gerbeth, prima autrice dello studio. Il team di ricercatori del DKFZ ha scoperto che è possibile determinare la concentrazione di gadolinio nell’ordine dei micromolari. Ciò rende la molecola a gabbia, nelle condizioni dell’esperimento, un sensore altamente sensibile al gadolinio. «Questa scoperta dimostra che le particolari proprietà dell’interazione tra gadolinio, xeno e la gabbia consentono una rilevazione più sensibile rispetto a quanto fosse possibile nei precedenti lavori di ricerca con la risonanza magnetica», afferma Leif Schröder.
Il metodo, che consente di distinguere il gadolinio libero dalle forme chelate, potrebbe contribuire a migliorare l’applicazione clinica e il rilevamento di sostanze contenenti gadolinio nell’ambiente. In futuro, gli scienziati intendono testare l’idoneità del sensore alla determinazione del gadolinio anche in altri intervalli di concentrazione. Intendono inoltre verificare se anche altri ioni vengano legati in modo selettivo dalla gabbia e possano quindi interferire con il sensore del gadolinio.
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