Método de resonancia magnética para detectar analitos.

Un método para detectar la presencia de un analito, que comprende las etapas de:

formar una muestra llevando partículas paramagnéticas de escala de nanómetro a un líquido para unión a dicho analito formado complejos nanopartícula-analito;

aplicar un primer campo magnético no uniforme a dicha muestra, de manera que dicho primer campo magnético impulse dichas partículas en la dirección de aumentar la intensidad del campo, causando de ese modo movimiento de los complejos y potenciando interacciones entre sí y concentrando los complejos nanopartícula-analito;

mover la muestra a un segundo campo magnético uniforme para realizar resonancia magnética y excitar señales de resonancia magnética de dicho líquido y determinar el T2 del líquido analizando dichas señales de resonancia magnética y

determinar si el analito está presente en la muestra comparando el T2 medido con un valor predeterminado.

Método de resonancia magnética para detectar analitos Antecedentes 1. Campo de la invención La presente invención se refiere en general al campo de detección de analitos y adicionalmente se refiere a detectar analitos usando resonancia magnética.

2. Técnica relacionada La tecnología de la detección para analitos específicos se extiende sobre un amplio intervalo de instrumentación y técnicas de laboratorio incluyendo (por sus siglas en inglés) : cromatografía líquida y de gases (LC y GC, respectivamente) , espectroscopía de masa (MS) , espectroscopía de resonancia magnética nuclear (NMR) , reacción en cadena de la polimerasa (PCR) , espectroscopía óptica y fluoroscopía, espectroscopía infrarroja por transformada de Fourier (FTIR) e instrumentos de movilidad iónica. Los instrumentos de análisis químicos de hoy en día son, sin embargo, grandes y caros, requieren un operario cualificado, implican la preparación de muestras complejas y requieren cantidades sustanciales de tiempo para análisis.

Hay una necesidad crítica en todo el mundo de detección mejorada de productos químicos específicos y microbios. Por ejemplo, en el área de la seguridad nacional, se requiere un sistema para detectar agentes biológicos, toxinas y armas químicas para proporcionar una alerta temprana en caso de un ataque terrorista. Dicha capacidad de detección también se podía usar para investigar sitios clandestinos donde se preparan o se producen dichas armas, permitiendo así la acción para prevenir su uso. También se requiere un sistema para escanear correo y paquetes para detectar un ataque terrorista.

También se requiere detección mejorada de patógenos para la medicina. La detección sensible de ADN o proteínas asociadas a gripe aviar, encefalopatía espongiforme bovina (más comúnmente referida como "enfermedad de las vacas locas") o síndrome respiratorio agudo grave (SARS, por sus siglas en inglés) permitiría la intervención para evitar una pandemia. El amplio uso clínico de dicho sistema ayudaría en la identificación de enfermedades ordinarias o enfermedades graves, ayudando enormemente a los médicos en el diagnóstico.

También se requiere la detección de diversos productos químicos para aplicaciones industriales para detectar productos químicos industriales tóxicos (los TIC) y materiales industriales tóxicos (los TIM) (ambos por sus siglas en inglés) . Dicho sistema permitiría detección de fugas, control de procedimientos, detección de degradación de materiales, control de concentración y un receptor de otras aplicaciones de los procedimientos en un amplio intervalo de industrias.

También se requiere detección mejorada en agricultura y producción de alimentos, así como un medio para detectar contaminación, pudrición o envenenamiento de los alimentos. La comida incluye por ejemplo, artículos tales como agua potable y zumos de fruta. También hay necesidad en el estudio forense, incluyendo por ejemplo, investigación de secuencias de ADN específicas en una muestra en el sitio investigado.

Se están desarrollando técnicas de detección por resonancia magnética que implican partículas paramagnéticas a escala de nanómetros (nanopartículas) que se han usado previamente como agentes de contraste de MRI. Las partículas comprenden un núcleo de material paramagnético o superparamagnético (ambos referidos en general en la presente memoria como paramagnético) , recubierto por una carcasa de material no magnético que se dota con moléculas de agentes reaccionantes para activar la unión a células diana tales como patógenos, células tumorales, etc. Se inyectan nanopartículas a un paciente previamente a análisis MRI. Se unen a las células diana, causan un cambio local en las propiedades de la MRS y permiten la detección o localización de las células diana.

También se han usado las nanopartículas in vitro. Disueltas o suspendidas en un medio líquido, las nanopartículas se unen a células o moléculas diana en el medio. Las nanopartículas y los analitos pueden formar agregados que incorporan docenas a cientos de nanopartículas. Dichos agregados son detectables por dispersión de luz, microscopía de fuerza atómica, microscopía electrónica y en algunos casos por efectos de NMR. Véase, por ejemplo, la patente de EE.UU. Nº 5.254.460 para Josephson et al.

Los agentes reaccionantes específicos de la diana se pueden montar sobre las nanopartículas para proporcionar selectividad específica del analito. Una desventaja es la necesidad de formar agregaciones que comprendan una pluralidad de nanopartículas y una pluralidad de células o moléculas diana, debido a que tiene lugar agregación sólo cuando cada nanopartícula se une a múltiples analitos y cada analito se une a múltiples nanopartículas. La agregación se puede inhibir por efectos geométricos tales como una variación en tamaño entre nanopartículas. Se puede requerir un tiempo sustancial para que se formen agregaciones.

Se realizaron estudios previos sobre aglomeración en relaxómetros de sobremesa e instrumentos de RM de alto campo. La preparación e inserción de la muestra manual en el tubo de NMR pueden ser tediosas. Procesos

importantes tales como unión del analito a las nanopartículas pueden fracasar. Se requiere un instrumento compacto y automatizado para acelerar las mediciones. También, es importante entender los fenómenos que describen los cambios observados en la medición desde un punto de vista físico y bioquímico básico.

Los estudios previos no demostraron el cambio en los efectos de T2 desde un punto de vista físico. Se observaron efectos de aglomeración simples por medios ópticos (microscopios) para establecer los fenómenos que relacionan el cambio en T2. Además, los estudios previos no aprovecharon el control de la estequiometría de las nanopartículas para adaptar los parámetros medidos para diversas aplicaciones conduciendo a productos de NMR específicos.

Los estudios previos usaron muestras que fueron puras y no fueron sometidas a interferencias tales como polvo, ácidos, etc. Por otra parte, no hubo requerimiento de mediciones rápidas combinadas con falta de interferencia de perturbación y moléculas vecinas cercanas, coste de sistema total, pocas falsas alarmas y alta probabilidad de detección. Tampoco hubo un intervalo definido de concentraciones de analito para detectar.

Los estudios previos no consideraron el uso de materiales paramagnéticos mejorados tales como compuestos de hierro, cobalto y níquel que conducen a una magnetización más fuerte y sensibilidad mejorada.

Los estudios previos no consideraron el uso de campos magnéticos para influir en las interacciones entre nanopartículas o entre moléculas unidas a nanopartículas. No se ha tenido en cuenta el uso de campos magnéticos para controlar la formación o configuración geométrica de estructuras que comprenden nanopartículas y analitos. No se tuvo en cuenta previamente el uso de campos magnéticos para concentrar agentes reaccionantes para que se aceleren las interacciones seleccionadas.

El artículo Perez J. M. et al., "Use of Magnetic Nanoparticles as Nanosensors to Probe for Molecular Interactions", ChemBioChem 2004, 5, 261-264 describe un método para detectar la presencia de un analito, que comprende las etapas de: formar una muestra llevando partículas paramagnéticas a escala de nanómetro a un líquido para unión a dicho analito por formación de complejos nanopartícula-analito, aplicar un campo magnético para realización de resonancia magnética y excitar señales de resonancia magnética de dicho líquido y determinar el T2 del líquido analizando dichas señales de resonancia magnética y determinar si el analito está presente en la muestra comparando el T2 medido con un valor predeterminado.

Sumario Se proporciona un método que puede detectar analitos diana basado en mediciones de resonancia magnética. Se detectan analitos usando nanopartículas específicas en la forma de nanosensores de resonancia magnética. La reacción entre las nanopartículas y los analitos se controla por la aplicación de un campo magnético.

Según un aspecto de la presente invención, un método para detectar la presencia de un analito comprende las etapas de:

formar una muestra llevando partículas paramagnéticas de escala nanómetro a un líquido para unirse a dicho analito formando complejos nanopartícula-analito;

aplicar un primer campo magnético no uniforme a dicha muestra, de manera que dicho primer campo magnético impulse dichas partículas en la dirección de intensidad creciente del campo, causando de ese modo movimiento de los complejos y potenciando las interacciones entre sí y concentrando complejos nanopartícula-analito;... [Seguir leyendo]

1. Un método para detectar la presencia de un analito, que comprende las etapas de:

formar una muestra llevando partículas paramagnéticas de escala de nanómetro a un líquido para unión a dicho analito formado complejos nanopartícula-analito;

aplicar un primer campo magnético no uniforme a dicha muestra, de manera que dicho primer campo magnético impulse dichas partículas en la dirección de aumentar la intensidad del campo, causando de ese modo movimiento de los complejos y potenciando interacciones entre sí y concentrando los complejos nanopartícula-analito;

mover la muestra a un segundo campo magnético uniforme para realizar resonancia magnética y excitar señales de resonancia magnética de dicho líquido y determinar el T2 del líquido analizando dichas señales de resonancia magnética y

determinar si el analito está presente en la muestra comparando el T2 medido con un valor predeterminado.

2. El método según la reivindicación 1, en el que los analitos se seleccionan del grupo de: moléculas, fragmentos moleculares, complejos moleculares, virus, células y bacterias.

3. El método según la reivindicación 1, en el que las interacciones son reacciones de uniones moleculares.

4. El método según la reivindicación 1, en el que el primer campo magnético no uniforme es el más fuerte en un subvolumen del líquido conocido y en el que se extraen los complejos en el subvolumen por el primer campo magnético no uniforme.

5. El método según la reivindicación 1, en el que el valor predeterminado es el T2 determinado de la combinación del líquido conocido con las nanopartículas.

6. El método según la reivindicación 1, en el que los complejos y el líquido conocido se mezclan previamente a realizar la medición relativa a las interacciones usando el segundo campo magnético.

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Menon y Asociados