Un nuevo método basado en espectroscopia de resonancia magnética 1H para evaluar el metabolismo celular
El metabolismo celular ha sido un área de gran interés en la investigación durante los últimos 100 años. Las primeras investigaciones se centraron en comprender los fundamentos del metabolismo que implican la utilización de nutrientes y la producción de energía, y definieron las vías metabólicas centrales conocidas en la actualidad. Este trabajo no solo estableció los patrones esperados en los tejidos sanos, sino que también descubrió que se producen cambios metabólicos significativos en varias enfermedades humanas, como el cáncer, la neurodegeneración y las distrofias musculares.
Con el advenimiento de las tecnologías de imágenes médicas, se hicieron esfuerzos para desarrollar técnicas capaces de monitorear el metabolismo dentro de los organismos vivos. Hasta la fecha, la única técnica de imagenología metabólica utilizada de forma rutinaria en la clínica es la tomografía por emisión de positrones (PET) que proporciona información sobre la captación de glucosa en los tejidos después de la infusión del análogo de glucosa 2-18F-fluoro-2-desoxi-d-glucosa (18FDG). Esta técnica se utiliza con frecuencia en el cáncer, ya que las células tumorales tienden a absorber altos niveles de glucosa. Sin embargo, la PET también es limitada porque solo proporciona información sobre el primer paso del metabolismo de la glucosa y requiere trazadores radiactivos. Dado esto, un método preferido sería no ionizante y capaz de proporcionar información tanto sobre la absorción de glucosa como sobre el metabolismo aguas abajo.
Reconociendo esta brecha en el campo, Laurie Rich et al. desarrollaron un método que proporciona mediciones cuantitativas del metabolismo tanto aguas arriba como aguas abajo in vivo sin la necesidad de trazadores radiactivos. Esta técnica aprovecha la disponibilidad generalizada de escáneres de resonancia magnética (MRI) clínica y espectroscopia MR de protones (1H) (1H MRS) para detectar el recambio metabólico de varios metabolitos clave, incluidos el glutamato, la glutamina, el lactato y el ácido gamma-aminobutírico. Es importante destacar que este enfoque no necesita hardware de resonancia magnética especializado y solo requiere la administración de glucosa marcada con deuterio (2H) no tóxica y no radiactiva, que se puede administrar como bebida. A medida que las células absorben y metabolizan esta glucosa, el marcador de deuterio se transfiere a los metabolitos posteriores que pueden detectarse utilizando protocolos estándar de MRS.
Figura 1. Descripción general de qMRS. En qMRS, la glucosa marcada con deuterio se puede administrar por vía intravenosa o como bebida oral a los sujetos. Luego, los sujetos se colocan en una resonancia magnética y se realiza una espectroscopia de resonancia magnética (MRS) para medir los niveles de metabolitos en el tejido de interés. A medida que se metaboliza la glucosa marcada con deuterio, la marcada con deuterio se transfiere a los metabolitos posteriores. Dado que el deuterio es invisible en 1H MRS, la señal de estos metabolitos disminuirá, lo que permite detectar este cambio. Restando la diferencia entre los espectros de MRS adquiridos antes y después de beber, es posible visualizar y cuantificar el etiquetado de estos metabolitos a lo largo del tiempo.
En la publicación actual, Laurie Rich et al. realizaron estudios de prueba de principio para probar la viabilidad de qMRS en roedores normales y con tumores. En ratas normales, la infusión de glucosa marcada con deuterio les permitió rastrear el etiquetado de varios neurometabolitos importantes a lo largo del tiempo. Además, en un modelo de glioblastoma de rata, mostraron que su método también podría detectar el metabolismo del lactato alterado asociado con la tumorigénesis. Finalmente, ampliaron su observación a las imágenes de MRS, lo que les permitió resolver espacialmente el etiquetado de metabolitos en el cerebro de la rata después de la administración de glucosa marcada con deuterio. Estos hallazgos prometedores proporcionaron la base para los estudios clínicos que ahora están en curso en su grupo de investigación.
En resumen, en este trabajo Laurie Rich et al. desarrollaron el qMRS, un método que aumenta la sensibilidad y versatilidad de 1H MRS para medir la dinámica metabólica sin la necesidad de hardware especializado o el uso de trazadores radiactivos. Dado que la glucosa marcada con deuterio no es tóxica y se puede administrar como bebida, este enfoque es seguro y relativamente sencillo. Además, como 1H MRS está disponible universalmente en la mayoría de los escáneres de resonancia magnética clínicos, los autores esperan que el potencial de traslación de esta técnica sea alto. Por lo tanto, se espera que qMRS abra nuevas oportunidades para investigar los trastornos metabólicos en una variedad de enfermedades humanas, incluido el cáncer y los trastornos neurológicos.
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