ES2333766B2 - Sistema y procedimiento de deteccion de nanoparticulas magneticas mediante magnetoencefalografia. - Google Patents
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Abstract
Sistema y procedimiento de detección de
nanopartículas magnéticas mediante magnetoencefalografía.
Sistema de detección de nanopartículas
magnéticas mediante magnetoencefalografía que comprende un
magnetoencefalógrafo 1 con un apantallamiento externo 2 y medios de
vibración mecánica de la muestra de tejido biológico, no rotativos,
y configurados para que la modulación en amplitud del campo
magnético producido por las nanopartículas sea detectable por dicho
magnetoencefalógrafo 1, donde los medios de vibración comprenden un
primer émbolo 3, no metálico, conteniendo una muestra de tejido
biológico con o sin nanopartículas magnéticas y situado dentro del
apantallamiento 2 propio del magnetoencefalógrafo 1; y donde dicho
primer émbolo 3 está conectado mediante un tubo 4 del mismo material
a un segundo émbolo externo 5, actuado por unos medios de
accionamiento configurados para regular la frecuencia de la
vibración mecánica de la muestra contenida en el primer émbolo
3.
Description
Sistema y procedimiento de detección de
nanopartículas magnéticas mediante magnetoencefalografía.
La presente invención se encuadra dentro del
ámbito de la nano-biotecnología. Más concretamente,
en el campo de la detección de nanopartículas magnéticas utilizadas
en aplicaciones biológicas y biomédicas como, por ejemplo, el
marcado de moléculas, la diagnosis y el tratamiento de distintas
enfermedades.
Las nanopartículas magnéticas (NPM) son de sumo
interés en biomedicina por sus diversas aplicaciones tales como
[Q.A. Pankhurst, J. Connolly, S.K. Jones and J. Dobson:
"Application of magnetic nanoparticles in biomedicine"; J.
Phys. D: Appl. Phys., 36 (2003) R167-R181]:
i) Transporte de drogas terapéuticas o de
radioisótopos;
ii) Separadores magnéticos de células
marcadas;
iii) Destrucción de tumores vía hipertermia;
y
iv) Agentes de contraste en aplicaciones de
resonancia magnética.
Dependiendo del tipo de aplicación, es necesario
utilizar métodos de detección para la presencia y monitorizado de
las nanopartículas magnéticas en el tejido biológico, apropiados
para cada uso concreto. Para la detección de partículas magnéticas
se utilizan, de forma tradicional, magnetómetros de tipo VSM
(Magnetómetro de muestra vibrante, Vibrating Sample
Magnetometer), AGFM (Magnetómetro de gradiente de campo
alterno, Alternating Gradient Field Magnetometer), y SQUID
(Dispositivo superconductor de interferencia cuántica,
Superconducting Quantum Interference Device), siendo estos
últimos los más sensibles.
En aplicaciones de imágenes médicas, las
partículas se han detectado, como intensificadores de imagen en
técnicas de Imagen por Resonancia Magnética (IRM), y en concreto,
en Resonancia Magnética Nuclear (RMN), habitualmente utilizados en
sistemas de diagnosis médica. Ésta es la aplicación más extendida,
como lo muestran las patentes US2008221430, WO2008091364 y
WO2008057578, por poner algunos ejemplos.
La magnetoencefalografía (MEG) es una técnica de
neuroimagen funcional que detecta los campos magnéticos generados
por la actividad del sistema nervioso central. Con la
magnetoencefalografía se pueden medir campos magnéticos del orden
de 10^{-14} T (dependiendo del ruido de los sensores que es de 3
fT/Hz^{1/2}), típicos valores creados por las corrientes
cerebrales. Es la única técnica de neuroimagen funcional no
invasiva y es la que posee la mayor resolución tanto temporal como
espacial. Actualmente su rango de aplicación está limitado al campo
de la diagnosis neurológica. Con la técnica de
magnetoencefalografía sólo se pueden detectar campos alternos de
frecuencias comprendidas entre 1 Hz y 2000 Hz. Por lo tanto para
poder utilizar un sistema de magnetoencefalografía para la
detección de nanopartículas magnéticas y su aplicación a imágenes,
es necesario un sistema capaz de modular en amplitud el campo
magnético creado por las nanopartículas (las nanopartículas
magnéticas crean un campo magnético constante).
En el documento [W. Jia, G. Xu, R.J. Sclabassi,
J-G Zhu, A. Bagic, M. Sun: "Detection of
magnetic nanoparticles with magnetoencephalography"; J. Magn.
Magn. Mater., 320 (2008), 1472-1478] se presenta un
sistema para detectar nanopartículas magnéticas mediante
magnetoencefalografía. Para modular el campo magnético utilizan un
sistema con un funcionamiento análogo al de un molino de viento.
Las muestras que contienen las nanopartículas se sitúan en las aspas
del molino. La velocidad de rotación de las aspas se puede
controlar y así se puede tener control sobre la frecuencia de
modulación del campo emitido por las nanopartículas. Los autores no
dan información acerca de las dimensiones, ni de las cantidades de
nanopartículas utilizadas para la detección, además, este montaje
implica un sistema de rotación que no es compatible con su uso en
aplicaciones biomédicas.
La presente invención es un sistema y un
procedimiento apto para detectar la presencia de nanopartículas
magnéticas (NPM) mediante magnetoencefalografía en una muestra,
preferentemente de tejido biológico, puesto que modula en amplitud
el campo magnético creado por las nanopartículas. El sistema está
formado, esencialmente, por un dispositivo que hace vibrar
mecánicamente los tejidos biológicos donde se alojan nanopartículas
magnéticas, así como un magnetoencefalógrafo estándar. El sistema
así descrito evita los problemas de uso de los
magnetoencefalógrafos con las nanopartículas y abre un nuevo campo
de aplicación para los mismos.
El sistema de detección de nanopartículas
magnéticas mediante magnetoencefalografía, donde dichas
nanopartículas magnéticas están contenidas en una muestra de
estudio, comprende un magnetoencefalógrafo con un apantallamiento
externo y medios de vibración configurados para generar una
vibración de la muestra de estudio y para que la modulación en
amplitud del campo magnético producido por dichas nanopartículas
magnéticas por efecto de la vibración de la muestra de estudio sea
detectable por dicho magnetoencefalógrafo.
El campo magnético lo producen las
nanopartículas, pero éste es un campo continuo. El
magnetoencefalógrafo sólo detecta campos alternos, por ello se hace
vibrar las partículas, y en consecuencia, el campo magnético estará
modulado y se podrá detectar con el magnetoencefalógrafo para
frecuencias y amplitudes adecuadas.
Los medios de vibración comprenden, en una
realización preferente:
- un primer émbolo situado dentro del
apantallamiento propio del magnetoencefalógrafo y configurado para
alojar la muestra de estudio;
- un segundo émbolo externo al apantallamiento
propio del magnetonecelógrafo y conectado al primer émbolo mediante
un tubo;
- medios de accionamiento configurados para
actuar sobre el segundo émbolo y generar una vibración mecánica de
la muestra de estudio.
Los medios de accionamiento están
preferentemente configurados para regular la frecuencia de
vibración de la muestra de estudio.
En una realización preferida los medios de
accionamiento comprenden un sistema biela-manivela
accionado por un motor y una válvula neumática configurada para
permitir el paso de una cantidad de aire determinada al interior de
una membrana de látex que envuelve ambos émbolos, para regular la
amplitud de la vibración mecánica de la muestra de estudio.
El motor puede ser un motor de corriente
continua alimentado por una fuente de alimentación, la cual está
configurada para regular la frecuencia de vibración de la muestra
de estudio mediante la variación de la tensión de alimentación.
La muestra de estudio es preferentemente tejido
biológico.
Es también objeto de la presente invención un
procedimiento de detección de nanopartículas magnéticas mediante
magnetoencefalografía, donde dichas nanopartículas magnéticas están
contenidas en una muestra de estudio, que comprende:
- generar una vibración de la muestra de estudio
de forma que la modulación en amplitud del campo magnético
producido por dichas nanopartículas magnéticas por efecto de la
vibración de la muestra de estudio sea detectable por un
magnetoencefalógrafo;
- detectar mediante un magnetoencefalógrafo el
campo magnético producido por las nanopartículas magnéticas
contenidas en la muestra.
Este procedimiento es válido para detectar
campos magnéticos débiles y continuos. El magnetoencefalógrafo
tiene una gran sensibilidad para campos débiles, pero alternos. Con
el procedimiento propuesto el que sea un campo continuo no plantea
problemas, puesto que se modula para que el magnetoencefalógrafo lo
pueda detectar. Se puede utilizar el procedimiento como marcador de
moléculas.
A lo largo de la descripción y las
reivindicaciones la palabra "comprende" y sus variantes no
pretenden excluir otras características técnicas, aditivos,
componentes o pasos. Para los expertos en la materia, otros
objetos, ventajas y características de la invención se desprenderán
en parte de la descripción y en parte de la práctica de la
invención. Los siguientes ejemplos y dibujos se proporcionan a modo
de ilustración, y no se pretende que sean limitativos de la
presente invención. Además, la presente invención cubre todas las
posibles combinaciones de realizaciones particulares y preferidas
aquí indicadas.
Fig. 1 muestra una vista esquematizada del
sistema de detección de nanopartículas magnéticas mediante
magnetoencefalografía, objeto de la presente invención.
Fig. 2 muestra la señal detectada por los
primeros cinco canales del magnetoencefalógrafo, en presencia del
sistema de detección de nanopartículas magnéticas mediante
magnetoencefalografía en una muestra de tejido sin
nanopartículas.
Fig. 3 muestra la misma respuesta de la figura
2, pero con nanopartículas de níquel vibrando en la membrana
interior. La imanación remanente de estas nanopartículas se midió
con un Magnetómetro de Muestra Vibrante.(VSM), siendo de 25
\muemu.
Fig. 4 muestra la señal recogida por el
magnetoencefalógrafo, utilizando el sistema de vibración a una
frecuencia de 3 Hz y una amplitud de 0.5 mm, en una muestra de
tejido cerebral sin lesión y sin nanopartículas. Es decir, es la
señal sin muestra magnética, en tejido sano.
Fig. 5 muestra la señal recogida por el
magnetoencefalógrafo en las mismas condiciones de la figura 4. En
este caso se trata de tejido de cerebro de rata sin lesión y con
nanopartículas.
Fig. 6 muestra una señal análoga a las dos
anteriores, pero en este caso, la muestra de tejido está lesionada
con un electrodo de vidrio. En este caso, no se habían inyectado
nanopartículas a la rata objeto del estudio.
Fig. 7 muestra la señal procedente del
magnetoencefalógrafo recogida al utilizar una muestra de tejido de
cerebro de rata, lesionada según se ha indicado. En este caso el
animal había sido inyectado con nanopartículas magnéticas.
Tal y como se muestra en la figura 1 el sistema
de detección de nanopartículas magnéticas mediante
magnetoencefalografía objeto de la presente invención comprende un
magnetoencefalógrafo 1 con un apantallamiento externo 2 y medios de
vibración mecánica de la muestra de tejido biológico, no rotativos,
y configurados para que la modulación en amplitud del campo
magnético producido por las nanopartículas sea detectable por dicho
magnetoencefaló-
grafo 1.
grafo 1.
Los medios de vibración comprenden a su vez y al
menos, un primer émbolo 3, no metálico, conteniendo una muestra de
tejido biológico con o sin nanopartículas magnéticas y situado
dentro del apantallamiento 2 propio del magnetoencefalógrafo 1; y
donde dicho primer émbolo 3 está conectado mediante un tubo 4 del
mismo material a un segundo émbolo externo 5, actuado por unos
medios de accionamiento configurados para regular la frecuencia de
la vibración mecánica de la muestra contenida en el primer émbolo
3.
Los medios de accionamiento mencionados
comprenden un sistema biela-manivela 6 accionado por
un motor de corriente continua 7 girando a revoluciones constantes,
así como una válvula neumática 8 que permite el paso de una
cantidad de aire determinada para regular la amplitud de la
vibración mecánica de la muestra contenida en el primer émbolo
3.
Ambos émbolos (3,5) están cerrados por una
membrana de látex que puede vibrar con el paso del aire. Para
aumentar la amplitud de vibración, se toma el émbolo 5 cercano al
motor de menor diámetro que el émbolo 3 alojado en el
magnetoencefalógrafo 1. Para conseguir la variación de amplitud en
el movimiento, se conecta la válvula 8 al sistema. Abriendo la
válvula 8, hay menos presión transmitida entre las membranas y la
amplitud de oscilación decrece hasta aproximadamente 0.5 mm.
Cerrando la válvula, la presión transmitida aumenta, y con ello, la
amplitud de la oscilación se incrementa hasta aproximadamente 2.3
mm. La frecuencia se regula con la fuente de alimentación 9 que
alimenta el motor 7 de corriente continua.
La figura 2 muestra la señal recogida por el
magnetoencefalógrafo, utilizando el sistema de vibración a una
frecuencia de 3 Hz y una amplitud de 0.5 mm con el portamuestras
vacío, sin nanopartículas.
La figura 3 muestra la señal recogida por el
magnetoencefalógrafo, utilizando el sistema de vibración a una
frecuencia de 3 Hz y una amplitud de 0.5 mm, con nanopartículas de
níquel, de momento magnético remanente de 25 \muemu.
Se ha comprobado la validez de la presente
invención para detectar la presencia de nanopartículas magnéticas
en tejido de cerebro de rata. Para ello, se han inyectado
nanopartículas de magnetita (Fe_{3}O_{4}) (comerciales, de 100
nm de diámetro en disolución acuosa
(Kisker-PMP-100), rodeadas de
dextran para su biocompatibilidad), al sujeto de estudio (en este
caso una rata de laboratorio). Con el sistema de vibración descrito
se han medido distintas muestras de tejido cerebral de rata, y se
han comparado los resultados obtenidos en muestras de cerebro sano
y con lesión, con y sin nanopartículas magnéticas inyectadas al
torrente sanguíneo del animal. La lesión se ha producido por
penetración insertando un una micropipeta de vidrio en una zona
determinada del cerebro del animal, y retirándola minutos
después.
Las muestras del tejido del cerebro a estudiar
se sitúan en el émbolo interior en la sala donde se encuentra el
magnetoencefalógrafo. Las condiciones típicas de frecuencia y
amplitud de la vibración ha sido de 3 Hz y una amplitud de 0.5 mm.
Las figuras 4-7 muestran las diferencias de las
señales recogidas por distintos canales del magnetoencefalógrafo,
en las distintas situaciones descritas; a saber: tejido sano con y
sin nanopartículas y tejido con lesión con y sin nanopartículas.
Se muestran los cinco primeros canales del
magnetoencefalógrafo, por ser los más cercanos a la zona de medida,
y por tanto los más sensibles. En el resto de los canales, no se
observan diferencias importantes entre las distintas situaciones que
se exponen. Como puede apreciarse, hay un aumento considerable en
la señal detectada por el magnetoencefalógrafo en el caso del
animal inyectado y el cerebro lesionado, lo que corrobora la
presencia de las nanopartículas magnéticas en la zona cercana a la
lesión. Con esto se demuestra la presencia de nanopartículas
magnéticas, fijadas en las cercanías del tejido lesionado.
La figura 4 muestra la señal recogida por el
magnetoencefalógrafo, utilizando el sistema de vibración a una
frecuencia de 3 Hz y una amplitud de 0.5 mm, en una muestra de
tejido cerebral sin lesión y sin nanopartículas. Es decir, es la
señal sin muestra magnética, en tejido sano y el resultado es el
esperable. No se aprecia ninguna señal magnética salvo el nivel de
ruido entorno a los 100 fT, posiblemente producido por las partes
magnéticas naturales del cerebro (hemoglobina, etc..).
En la figura 5 se muestra la señal recogida por
el magnetoencefalógrafo en las mismas condiciones de la figura 4;
en este caso se trata de tejido de cerebro de rata sin lesión y con
nanopartículas. Se observa que la señal es muy parecida a la
anterior, dentro del nivel de ruido. No se detecta un aumento de la
concentración de nanopartículas magnéticas en el cerebro.
La figura 6 muestra la señal análoga a las dos
anteriores, pero en este caso, la muestra de tejido está lesionada
con un electrodo de vidrio. En este caso, no se habían inyectado
nanopartículas a la rata, por lo que la pequeña variación en la
señal que se aprecia en el canal 3 puede ser debido a la presencia
de tejido de acumulo de sangre en el trayecto lesionado.
La figura 7 muestra la señal procedente del
magnetoencefalógrafo recogida al utilizar una muestra de tejido de
cerebro de rata, lesionada según se ha indicado. En este caso el
animal había sido inyectado con nanopartículas magnéticas y la
diferencia en la señal es notoria respecto a las anteriores.
La vibración es de frecuencia lo suficientemente
baja para permitir la aplicación a tejidos vivos y su uso en la
utilización de nanopartículas magnéticas como marcadores biológicos.
En concreto, se propone la utilización de nanopartículas magnéticas
para detectar la acumulación de macrófagos. La función principal de
los macrófagos, como parte del sistema inmunológico, es la de
acumularse en zonas cercanas a lesiones. Capturan todos los cuerpos
extraños que se introducen en el organismo como las bacterias y
sustancias de desecho de los tejidos. Así, si se introducen
nanopartículas magnéticas en el torrente sanguíneo, los macrófagos
las capturarán rápidamente y tenderán a acumularse cerca de las
lesiones, con lo que se puede utilizar esta técnica para la
detección de lesiones cerebrales de tamaño inferior al milímetro. Si
bien puede así mismo aplicarse a la detección de distribuciones de
nanopartículas magnéticas y por tanto a la formación de imágenes
biomédicas.
Según se ha descrito en el punto anterior, al
inyectar nanopartículas magnéticas (biocompatibles) al torrente
sanguíneo de un ser vivo, éstas serán capturadas rápidamente por
los macrófagos. Si el organismo presenta alguna lesión, estos
macrófagos emigrarán rápidamente a las cercanías de las zonas
lesionadas. Los macrófagos capturan estas partículas, pero no son
capaces de metabolizarlas, como ocurre con otras sustancias, por lo
que quedan en el interior de los macrófagos. Por lo tanto, la
presencia de nanopartículas nos da idea de lesiones presentes en su
cercanía y pueden usarse como marcadores para Imagen Médica por
Resonancia Magnética.
Una de las aplicaciones más inmediatas del uso
del sistema descrito es la detección de pequeñas hemorragias o
pequeñas lesiones cerebrales. Esta primera aproximación es debida
al diseño de los magnetoencefalógrafos estándar, especialmente
pensados para medir campos magnéticos cerebrales. El
magnetoencefalógrafo dispone de varias centenas de sensores de tipo
SQUID alineados esféricamente para proporcionar una cobertura
cortical completa. Cada sensor crea una señal que puede analizarse
separadamente.
Claims (7)
1. Sistema de detección de nanopartículas
magnéticas mediante magnetoencefalografía, donde dichas
nanopartículas magnéticas están contenidas en una muestra de
estudio, caracterizado porque comprende un
magnetoencefalógrafo (1) con un apantallamiento externo (2) y
medios de vibración configurados para generar una vibración de la
muestra de estudio y para que la modulación en amplitud del campo
magnético producido por dichas nanopartículas magnéticas por efecto
de la vibración de la muestra de estudio sea detectable por dicho
magnetoencefalógrafo (1).
2. Sistema de acuerdo con la reivindicación 1,
caracterizado porque dichos medios de vibración
comprenden:
- un primer émbolo (3) situado dentro del
apantallamiento propio del magnetoencefalógrafo (1) y configurado
para alojar la muestra de estudio;
- un segundo émbolo (5) externo al
apantallamiento propio del magnetonecelógrafo (1) y conectado al
primer émbolo (3) mediante un tubo;
- medios de accionamiento configurados para
actuar sobre el segundo émbolo (5) y generar una vibración mecánica
de la muestra de estudio.
3. Sistema de acuerdo con la reivindicación 2,
caracterizado porque los medios de accionamiento están
adicionalmente configurados para regular la frecuencia de vibración
de la muestra de estudio.
4. Sistema de acuerdo con las reivindicaciones 2
ó 3, caracterizado porque los medios de accionamiento
comprenden un sistema biela-manivela (6) accionado
por un motor (7) y una válvula neumática (8) configurada para
permitir el paso de una cantidad de aire determinada al interior de
una membrana de látex que envuelve ambos émbolos, para regular la
amplitud de la vibración mecánica de la muestra de estudio.
5. Sistema de acuerdo con la reivindicación 4,
caracterizado porque el motor (7) es un motor de corriente
continua alimentado por una fuente de alimentación (9), la cual
está configurada para regular la frecuencia de vibración de la
muestra de estudio mediante la variación de la tensión de
alimentación.
6. Sistema de acuerdo con cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la muestra
de estudio es tejido biológico.
7. Procedimiento de detección de nanopartículas
magnéticas mediante magnetoencefalografía, donde dichas
nanopartículas magnéticas están contenidas en una muestra de
estudio, caracterizado porque comprende:
- generar una vibración de la muestra de estudio
de forma que la modulación en amplitud del campo magnético
producido por dichas nanopartículas magnéticas por efecto de la
vibración de la muestra de estudio sea detectable por un
magnetoencefalógrafo (1);
- detectar mediante un magnetoencefalógrafo (1)
el campo magnético producido por las nanopartículas magnéticas
contenidas en la muestra.
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| ES200901528A ES2333766B2 (es) | 2009-07-02 | 2009-07-02 | Sistema y procedimiento de deteccion de nanoparticulas magneticas mediante magnetoencefalografia. |
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Also Published As
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