La resonancia magnética nuclear hiperpolarizada, una potente forma de procesamiento de imágenes médicas, permite notables avances médicos en el diagnóstico molecular. Gracias a esta técnica, las enfermedades cardiovasculares podrían diagnosticarse mucho antes, mientras las terapias contra el cáncer podrían probarse inmediatamente para determinar su efecto y, por lo tanto, personalizarse, ya que los médicos pueden detectar procesos metabólicos típicos a nivel molecular en tiempo real.

Coordinado por el Instituto Fraunhofer de Física Aplicada del Estado Sólido IAF y NVision Imaging Technologies GmbH, un consorcio internacional de siete instituciones de investigación y empresas industriales ha logrado avances en microscopía cuántica para el análisis de procesos metabólicos y la aplicación de polarización inducida por parahidrógeno (PHIP) dentro el proyecto "MetaboliQs". Los resultados avanzan significativamente en dos enfoques prometedores para mejorar el diagnóstico por imágenes médicas y la espectroscopia al lograr que la resonancia magnética nuclear (RMN) sea más precisa, práctica y eficiente.

Herramienta de investigación única

"Nuestro estudio ha tenido como objetivo demostrar las ventajas únicas de la detección cuántica basada en diamantes a las aplicaciones médicas. Con el microscopio cuántico desarrollado, hemos creado una herramienta de investigación única que avanza de manera decisiva en el análisis celular y abre nuevas posibilidades para la investigación médica y el diagnóstico in vitro", explicó el Dr. Volker Cimalla, líder del proyecto en Fraunhofer IAF.

Clásicamente, los espectrómetros de resonancia magnética nuclear (RMN) miden las señales eléctricas generadas cuando los espines nucleares dentro de un campo magnético externo responden a un pulso de radiofrecuencia resonante. La intensidad de la señal aquí depende de la polarización térmica de la muestra en estudio, es decir, el número de espines nucleares alineados magnéticamente dentro de ella. La señal suele ser muy débil, ya que, en promedio, solo uno de varios miles de millones de espines nucleares está alineado magnéticamente.

Con las técnicas de hiperpolarización se alinean magnéticamente una gran fracción de los espines nucleares durante un cierto período de tiempo, lo que aumenta la fuerza de la señal de RMN en varios órdenes de magnitud. Así, con una señal de RMN amplificada 100.000 veces por hiperpolarización, las aplicaciones médicas como la RMN se pueden mejorar muchas veces.

De esta forma, los investigadores de todo el mundo están trabajando en varios enfoques para desarrollar métodos de hiperpolarización viables para aplicaciones médicas. Los métodos actuales, como la polarización nuclear dinámica (DNP), ya son muy precisos, pero consumen muchos recursos. Además, el estado hiperpolarizado dura solo unos segundos.