Nano-risonanza magnetica: una nuova tecnologia applicata alla risonanza magnetica aumenta la risoluzione

Le apparecchiature per la risonanza magnetica (MR) sono molto utilizzate negli ospedali per la capacità di rivelare la microstruttura tissutale e le dinamiche interne degli organi in modo non invasivo e senza sottoporre il paziente a radiazioni. Così come la risonanza magnetica è insostituibile per indirizzare i medici sulla diagnosi, così per molto tempo si è sperato di poter utilizzare la MR per visualizzare piccole molecole ed addirittura atomi. Infatti, la risonanza magnetica si basa sul principio secondo il quale i nuclei che compongono gli atomi possono essere indirizzati in una particolare direzione mediante un potente campo magnetico e che, cessata l’energia conferita dal campo magnetico, tali nuclei tornino alla posizione iniziale emettendo l’energia che hanno ricevuto.

Un team di ricerca americano e canadese ha messo a punto un nuovo metodo di risonanza magnetica ad alta risoluzione, fino a 2 nanometri, ovvero la larghezza di un filamento di DNA.

La straordinaria risoluzione ottenuta è resa possibile da un generatore di campo magnetico molto particolare – diverso da quelli disponibili per la diagnostica ospedaliera – e da un impulso laser di nuova concezione in grado di rilevare i cambiamenti a livello atomico, durante la produzione delle immagini.

Le applicazioni?

Per ora si pensa di sfruttare questa tecnologia per visualizzare e caratterizzare le molecole presenti nei campioni biologici.

Un possibile campo di applicazione possono essere le dinamiche inter ed intra molecolari, come ha dichiarato la dott.ssa Guglielmo, non coinvolta nella ricerca ed appartenente al gruppo di ricerca Atomic Devices & Instrumentation. Mentre oggi la risonanza magnetica viene utilizzata per la visualizzazione di immagini su larga scala (organi e tessuti) la speranza è quella di determinare dettagliatamente le proprietà e le caratteristiche di molecole come le proteine. A questo scopo la risonanza magnetica, che rivela la complessità dei campi elettrici che circondano gli atomi percependo la direzione del loro spin, è la metodica migliore: in medicina le applicazioni possono essere infinite e spaziano

  • dall’interazione ligando-recettore,
  • fino allo studio del controllo dell’espressione genica,
  • alla caratterizzazione delle strutture terziarie delle proteine ed
  • a meccanismi epigenetici di imprinting

La strumentazione necessaria

La strumentazione necessaria a generare campi magnetici ed impulsi laser è estremamente sofisticata.

Il campo magnetico dinamico, chiamato CFFGS (current-focusing field gradient source) serve a identificare le frequenze di emissione dei nuclei con una risoluzione elevata, mentre gli impulsi laser inviati sul campione servono a controllare gli spin dei protoni su scala nanometrica.

Questa è la dimostrazione delle vere potenzialità della risonanza magnetica, che vanno oltre il suo utilizzo nella diagnostica per immagini, che rimane comunque di grandissima utilità. Per ora, la tecnica di nano-risonanza magnetica ha alcuni limiti come ad esempio la mono-dimensionalità delle immagini ottenute: ma si tratta di problemi risolvibili e sono già stati depositati brevetti per tecnologie che permettono una visualizzazione tridimensionale.

Nonostante siano presenti altri metodi per lo studio delle molecole e la caratterizzazione degli atomi, la risonanza magnetica cambia totalmente l’approccio e potrebbe essere utilizzata anche per studi su materiali come i semi-conduttori.

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