La innovación tecnológica revoluciona la resonancia magnética nuclear
La estructura molecular constituye la base de toda sustancia. Comprender la dinámica de la materia a escala atómica es esencial para entender y mejorar sus propiedades. En el proyecto HIRES-MULTIDYN(se abrirá en una nueva ventana), financiado con fondos europeos, se desarrollaron nuevos instrumentos, métodos y marcos teóricos para promover la investigación científica, el desarrollo de fármacos y las aplicaciones de ciencia de los materiales en múltiples ámbitos.
Principios básicos de la resonancia magnética nuclear
La resonancia magnética nuclear (RMN)(se abrirá en una nueva ventana) es una técnica analítica muy potente que se utiliza para analizar la estructura de las moléculas y cómo interactúan entre sí. Se fundamenta en la respuesta de los núcleos atómicos a la aplicación de un campo magnético fuerte. Esta técnica no destructiva tiene aplicaciones en química, biología, medicina, farmacología, nutrición y energía. De hecho, dado que la RMN puede emplearse para estudiar cualquier material, sus usos son prácticamente ilimitados. La aplicación más conocida de la RMN es la imagen por resonancia magnética nuclear. Las máquinas de RMN, presentes en centros médicos de todo el mundo, generan imágenes detalladas de órganos y tejidos internos. Emplean imanes muy potentes, unas treinta mil veces más fuertes que el campo magnético de la Tierra, para que los núcleos atómicos reaccionen y generar así imágenes diagnósticas.
Relaxometría ultrarrápida de alta resolución
A pesar de su gran potencia, la RMN proporciona información limitada sobre la dinámica de sistemas complejos a diferentes escalas. La relajación es el proceso mediante el cual los espines nucleares afectados por el campo magnético vuelven al equilibrio. Medir la tasa de relajación ofrece información indirecta sobre los movimientos de las moléculas. Pero como la relajación responde a movimientos en escalas temporales inversamente proporcionales al campo magnético, para observar movimientos más lentos habría que usar campos magnéticos más débiles, lo que no es compatible con la RMN de alta resolución y sensibilidad. Para hacer frente a esta limitación, HIRES-MULTIDYN reunió a un equipo de especialistas de primer nivel en técnicas de RMN, desarrollo instrumental y fundamentos teóricos de la dinámica molecular. La solución del proyecto se denomina «relaxometría ultrarrápida de alta resolución» (UHRR, por sus siglas en inglés): una tecnología innovadora capaz de determinar la dinámica de sistemas complejos a escalas temporales que van de los picosegundos a los microsegundos. La innovación del proyecto requería condiciones excepcionales en un sistema muy controlado. Fabien Ferrage, coordinador del proyecto, comenta: «Para diseñar nuestro prototipo, necesitábamos mover una muestra muy rápido, a 100 km por hora, en un entorno muy controlado. Además, hay que colocar varios imanes sobre el imán fuerte de la RMN de alta resolución, incluyendo uno que pueda cambiar su intensidad hasta 10 000 veces en apenas 1 milisegundo».
Exploración de nuevas líneas de investigación y aplicaciones
El desarrollo de los instrumentos, los métodos y el marco teórico que fundamentan la innovación de HIRES-MULTIDYN ha planteado muchos retos, pero el trabajo del equipo del proyecto tuvo éxito gracias a la dedicación de todos los socios. El prototipo UHRR se ha evaluado en varias aplicaciones de prueba de concepto en sistemas complejos, como proteínas, alimentos líquidos(se abrirá en una nueva ventana) y fluidos corporales. Las futuras aplicaciones de esta innovación tecnológica abarcan múltiples ámbitos. «El prototipo se ha empleado para caracterizar los movimientos en una serie de sistemas, a saber: cuantificar movimientos relevantes en la unión de fármacos a quinasas; identificar la unión de pequeñas moléculas a dianas farmacológicas, y analizar movimientos en alimentos líquidos como el aceite de oliva y en líquidos iónicos, que podrían emplearse en baterías», explica Ferrage. Los resultados son prometedores. Gracias a los nuevos métodos, instrumentos y marcos conceptuales desarrollados por especialistas de renombre en el ámbito de la espectroscopia de RMN, la UHRR permitirá alcanzar un nivel de comprensión sin precedentes en química, biología y ciencia de los materiales.
