La invención de la resonancia magnética nuclear

La resonancia magnética nuclear (RMN) ha revolucionado la medicina, ya que permite ver con claridad el interior del cuerpo humano sin necesidad de abrirlo. Evita no sólo las cirugías innecesarias, sino también la radiación de los rayos X o el TAC. Gracias a ella, incluso el cerebro se está convirtiendo en un libro abierto, ya que los avances posteriores han permitido a los investigadores identificar qué regiones del sistema nervioso se activan durante una tarea mental determinada, al usar la llamada resonancia magnética funcional.

Los núcleos de la mayoría de los átomos actúan como diminutos imanes que se alinean cuando se colocan en un campo magnético, y si el campo se ajusta a una fuerza específica, los átomos pueden absorber y emitir ondas de radio. Los químicos se esforzaron por crear un campo magnético uniforme, bajo el cual las moléculas dieran la señal más nítida y estable. Físicos y químicos, entre ellos el Paul C. Lauterbur, utilizaron esta técnica, conocida por primera vez como resonancia magnética nuclear, para estudiar átomos y moléculas.

Paul Lauterbur

En sus primeros trabajos, Lauterbur realizó estudios de RMN del carbono-13, que es ligeramente más pesado que el átomo de carbono habitual. El carbono-13 podía actuar como un marcador, una etiqueta que permitiera a los investigadores seguir sus movimientos a medida que las moléculas basadas en el carbono se transformaban en reacciones bioquímicas.

Lauterbur se interesó por las posibles aplicaciones biológicas de la resonancia magnética nuclear tras leer en 1971 un artículo de Raymond V. Damadian publicado en la revista Science. Damadian, médico armenio-estadounidense y profesor de la Universidad Estatal de Nueva York (SUNY), describía que los tumores y el tejido normal pueden distinguirse in vivo según sea la respuesta a los campos magnéticos. Los métodos iniciales de Damadian eran defectuosos para su uso práctico, ya que se basaban en un escaneo punto por punto de todo el cuerpo y utilizaban tasas de relajación de la señal, que resultaron no ser un indicador eficaz del tejido canceroso, la señal era demasiado variable. Damadian creó una hipotética máquina de detección de cáncer por resonancia magnética en 1972 y patentó dicha máquina, la patente estadounidense 3.789.832, el 5 de febrero de 1974. Damadian era lo que decimos un personaje. Estudió violín durante ocho años en la famosa Juilliard y jugó la Copa Davis en categoría juvenil.

Algunos científicos ya habían utilizado la resonancia para medir el flujo sanguíneo y explorar otras propiedades de los materiales biológicos pero, hasta entonces, la mayoría de los científicos colocaban las muestras en un campo magnético uniforme, y las señales de radio emanaban de toda la muestra. Lauterbur se dio cuenta de que si utilizaba un campo magnético no uniforme y las señales de radio procedían de una sola porción de la muestra, eso permitiría crear una imagen bidimensional. La borrosidad de la señal contenía, de hecho, información sobre la distribución espacial de las moléculas participantes. Aplicando un campo magnético variable, podía obtener la información espacial para construir una imagen de la disposición de las moléculas en una estructura. Era una herramienta que permitía visualizar con buena calidad y resolución los tejidos blandos.

La máquina de resonancia magnética nuclear de la SUNY se compartía por todos los químicos de la universidad, y los demás profesores realizaban sus mediciones en un campo magnético uniforme. Así que Lauterbur iba a realizar su trabajo por la noche y cada madrugada devolvía la máquina a su configuración original. En sus primeros experimentos, produjo imágenes sencillas que permitían diferenciar un tubo de ensayo lleno de agua ordinaria de otro que contenía agua pesada, hecha con átomos de deuterio, un isótopo del hidrógeno. No era algo baladí, ninguna otra técnica de imagen de la época podía distinguir entre los dos tipos de agua, una normal y la otra con átomos de hidrógeno, que llevan un neutrón extra. También tomó una foto de resonancia magnética nuclear de una almeja, «que se parecía bastante a una almeja», dijo David Hanson, un colega de Stony Brook. También observó cacahuetes y un ratón, demostrando que podía «ver» los pulmones sin operar al animal. Algunos pensaron que era una especie de locura, las imágenes eran borrosas y no especialmente impresionantes. Tras afinar este procedimiento desarrolló un mecanismo para codificar la información espacial en una señal de RMN y utilizó  gradientes de campo magnético en septiembre de 1971 para generar una imagen. Envió sus resultados a la revista Nature en 1973, pero ésta rechazó el artículo. Lauterbur no se arredró: «Se podría escribir toda la historia de la ciencia de los últimos 50 años basándonos en los artículos rechazados por Science o Nature», dijo. Tenía clara la importancia de su estudio: «Estoy abriendo un camino y una vez que esté abierto se convertirá en un superautopista». Mandó una nueva versión del artículo a Nature, convenció a los editores y publicó su teoría en marzo de 1973.

Peter Mansfield

Peter Mansfield, físico y profesor de la Universidad de Nottingham (Inglaterra),  perfeccionó las técnicas de adquisición y procesamiento de imágenes por RMN y desarrolló técnicas matemáticas para analizar los datos. La técnica de imagen ecoplanar (EPI) permitía realizar exploraciones en segundos en lugar de horas y producía imágenes más claras que las de Lauterbur. También demostró que las imágenes podían apilarse para formar vistas tridimensionales.

Lauterbur y Mansfield tomaron una técnica de los químicos para estudiar moléculas y la adaptaron para obtener imágenes del cuerpo, una estructura biológica que es mayoritariamente agua. A diferencia de los escáneres de tomografía axial computarizada, que utilizan radiación, la resonancia magnética examina el cuerpo sólo con campos magnéticos y pulsos de ondas de radio con lo que se reduce el riesgo para el paciente. Por ello, la resonancia magnética ha sustituido a las técnicas invasivas para examinar el cerebro y también otras estructuras blandas como las articulaciones. La técnica es ahora tan sensible que puede localizar el lugar donde se realizan las diferentes tareas mentales en el cerebro, esencialmente mediante el seguimiento del flujo sanguíneo adicional a las regiones activas, la idea original de Angelo Mosso.

En 2003 Lauterbur y Mansfield recibieron el Premio Nobel de Fisiología o Medicina por su contribución al desarrollo de la resonancia magnética nuclear. El premio Nobel fue controvertido, porque Damadian se quejó de que él también debería haber sido incluido en el galardón. Una organización denominada Los amigos de Raymond Damadian pagó anuncios a toda página en The New York Times, The Washington Post y Los Angeles Times para denunciar que el comité había incumplido el testamento de Alfred Nobel donde fundaba los premios que llevan su apellido. Damadian dijo que le habían negado el premio por ser creacionista y no apoyar la teoría de la evolución.

Los primeros escáneres clínicos de resonancia magnética nuclear se instalaron a principios de los años ochenta y en las décadas siguientes se produjo un importante desarrollo de la tecnología, que ha llevado a su uso generalizado en los grandes hospitales. Cuando las imágenes de RMN se generalizaron para usos médicos, el nombre se cambió por el de imágenes de resonancia magnética, y se eliminó el «nuclear» por temor a que los pacientes pensaran que se utilizaban elementos radiactivos. En 2020, la Administración de Alimentos y Medicamentos de Estados Unidos (FDA) aprobó, con una 510(k) de precomercialización, el sistema de resonancia magnética de cabecera de Hyperfine Research. Hyperfine afirma que su sistema cuesta 1/20, consume 1/35 de energía y pesa 1/10 de los sistemas de resonancia magnética actuales. Todo sugiere que la resonancia magnética estará aún más presente en nuestra sanidad y en nuestras vidas.

Para leer más:

Autor: José R. Alonso

Neurobiólogo. Catedrático de la Universidad de Salamanca. Escritor.

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