Desde los comienzos del pensamiento humano, el misterio del cerebro ha fascinado a filósofos, médicos y científicos por igual. Los primeros intentos por comprender el cerebro se basaron en observaciones post mortem, en el estudio de pacientes con lesiones traumáticas o enfermedades neurológicas. Sin embargo, no fue hasta la década de 1970 que una tecnología revolucionaria transformó por completo nuestra capacidad para explorar el cerebro en tiempo real: la Resonancia Magnética (RM).

La Resonancia Magnética se ha convertido en una herramienta indispensable para el diagnóstico y seguimiento de diversas condiciones médicas. Es una tecnología no invasiva e inocua, que produce imágenes tridimensionales del interior del cuerpo humano, sin emplear radiación ionizante. Esta técnica se basa en detectar la señal procedente de los núcleos de los átomos, tras someter a los tejidos a campos magnéticos y pulsos de radiofrecuencia, obteniendo imágenes que permiten observar diferentes estructuras y órganos.

Figura 1. Representación de equipo de resonancia magnética.

La imagen por resonancia magnética permite la visualización de tejidos blandos, incluido el cerebro y, desde su creación ha abierto una ventana a la exploración de la anatomía cerebral en condiciones normales y patológicas. Antes de la RM, las técnicas para visualizar el cerebro eran limitadas y en su mayoría invasivas, tales como la angiografía cerebral u otras técnicas que emplean radiación ionizante y que proporcionan una resolución limitada en comparación con la RM.

Sin embargo, la obtención de imágenes de RM de calidad tropieza con algunas dificultades, sobre todo en la visualización de estructuras difícilmente diferenciables como, por ejemplo, placas amiloides presentes en la enfermedad de Alzheimer, microlesiones o tumores malignos en sus fases iniciales.

La administración intravenosa de agentes de contraste en estudios de RM es una técnica ampliamente utilizada gracias a la capacidad de estas sustancias de realzar la visibilidad de ciertas estructuras que, de otra manera, pasarían desapercibidas. Respecto al impacto en la intensidad de la señal que pueden tener los contrastes, se distinguen dos tipos: positivo, que intensifica la señal de RM haciendo los tejidos más brillantes; y negativo, que reduce la intensidad presentando las estructuras en tonalidades más oscuras.

Figura 2. Imagen de cerebro con contraste. Fuente: https://www.istockphoto.com/.

Uno de los agentes de contraste más utilizados son los compuestos basados en gadolinio (Gd3+), que resultan especialmente cruciales en el diagnóstico de neuropatologías, donde las sutilezas anatómicas y las alteraciones patológicas requieren una visualización muy precisa. Sin embargo, a pesar de los beneficios del Gd3+, la administración de estas sustancias no puede usarse en personas alérgicas o con problemas renales. Otra limitación del gadolinio es su baja eficiencia como agente de contraste negativo.

Esto ha llevado a la necesidad de desarrollar compuestos alternativos que garanticen su efectividad como agente de contraste y que disminuyan sus riesgos para ser utilizados sin restricciones. Los actuales esfuerzos en investigación se centran en aumentar la señal de contraste positivo y diseñar nuevos agentes de contraste negativo, minimizando los efectos adversos que puedan presentarse debido a la administración de estas sustancias. Las moléculas de contraste deben ser capaces de dar una señal RM intensa, de atravesar la barrera hematoencefálica de ser necesario, y poseer un tamaño que les permita ser excretadas, presentando la menor toxicidad posible para el organismo. Es en este punto donde toman relevancia los avances en la ciencia de nanomateriales.

La investigación en síntesis química de nanopartículas ha permitido el desarrollo de materiales híbridos como, por ejemplo, los conformados por un núcleo metálico como óxidos de hierro y cobre y compuestos lantánidos como el gadolinio o el indio, lo que facilita la creación de agentes de contraste duales, es decir, de zonas claras y oscuras. Las nanopartículas más destacables dentro de este ámbito son las nanopartículas de óxido de hierro, cuyo tamaño varía entre los 5 y los 50 nm de diámetro. Es aquí donde toman un papel relevante estas nanopartículas superparamagnéticas, debido a su capacidad de modificar la señal, permitiendo una mejor diferenciación de los tejidos en las imágenes de RM y sirviendo de esta manera como buenos agentes de contraste para zonas oscuras.

Por otro lado, las nanopartículas magnéticas suelen encontrarse protegidas por una cubierta, la cual confiere un conjunto de características tales como la biocompatibilidad, la estabilización en el medio biológico, y el reconocimiento específico de determinados tejidos o estructuras celulares mediante moléculas directoras. Dichas propiedades permiten dirigir y concentrar los agentes de contraste de forma selectiva en determinadas zonas, aumentando su visualización. Adicionalmente, son capaces de producir calor cuando son estimuladas con un campo magnético, lo que les otorga la capacidad de funcionar como terapia térmica localizada, especialmente útil en el diagnóstico y tratamiento in situ de ciertos tipos de tumores.

Figura 3. Modelo representativo de nanopartículas siendo liberadas en tejido tumoral.

Así, la combinación de nanotecnología, química y medicina están dando respuesta a las limitaciones de los agentes de contraste actuales, ofreciendo una mejor alternativa a éstos. En el caso de los agentes de contrastes basados en nanopartículas de óxido de hierro, son particularmente más efectivos, presentan bajos efectos secundarios y una adecuada eliminación del organismo, lo que garantiza un uso seguro en todo tipo de pacientes. Sus propiedades superparamagnéticas les permiten ser utilizados en terapias oncológicas mediante la producción controlada y focalizada de calor.  

El futuro de los agentes de contraste en resonancia magnética apunta hacia soluciones cada vez más innovadoras y personalizadas. La creación de agentes de contraste específicos para diferentes tipos de tejidos y patologías, así como el desarrollo de sistemas de administración más efectivos, prometen mejorar la precisión y la seguridad de estos compuestos. La colaboración interdisciplinaria será clave para abordar estos desafíos y para continuar expandiendo las fronteras de lo que podemos lograr con la resonancia magnética.

REDACCIÓN

Zulema Castro Domínguez, Soledad Carinelli y Francisco J. Marcano Serrano. Instituto Universitario de Neurociencia. Universidad de La Laguna.