Caracterización del espectro de difusión molecular intra- y extra-celular mediante técnicas de imágenes por resonancia magnética nuclear con gradientes oscilantes

Abstract

Las imágenes por resonancia magnética nuclear (MRI) son una herramienta muy utilizada en la medicina para el diagnóstico de enfermedades. Su principal beneficio respecto a otros métodos es su carácter no invasivo, pudiendo obtener imágenes de zonas sensibles sin poner en riesgo la salud del paciente. Al día de hoy, las técnicas aplicadas permiten obtener una resolución espacial de milímetros en equipos clínicos y de decenas de micrómetros en equipos preclínicos. Trabajos recientes sugieren que la utilización de secuencias de modulación de gradientes de campo magnético permiten obtener información de tamaños menores a estos mediante decoherencia generada por la difusión molecular, lo cual es relevante en la detección temprana de enfermedades neurodegenerativas y ciertos tipos de cáncer. En este trabajo se utilizaron este tipo de secuencias para estudiar y caracterizar el espectro de difusión de moléculas de agua en materiales que imitan el comportamiento observado en tejidos biológicos. Se utilizaron fibras de aramida para generar un fantoma que representa el espacio extracelular y así generar la difusión tortuosa esperada. Por otro lado, se utilizó una muestra de levaduras para generar espacios intra- y extra- celulares, donde se observó difusión molecular restringida en el interior de las células y difusión tortuosa en los espacios extracelulares. Los resultados en la componente de la señal del espacio extracelular, muestran una densidad espectral que depende de la configuración de la secuencia de pulsos utilizada, resultado no predicho por los modelos considerados hasta el día de hoy. Sin embargo, la densidad espectral es unívocamente determinada al observar la señal proveniente del interior de las células. Esta última permite obtener los tamaños de las células, siendo estos consistentes con los observados por microscopía óptica. Las densidades espectrales si bien evidencian información microestructural cualitativa del espacio extracelular, son más complejas y se necesita el desarrollo de modelos y representaciones para interpretarlas.