Avaliação da detectabilidade de nanopartículas magnéticas de maghemita por sensor de biossusceptometria de corrente alternada com magnetorresistores

Avaliação da detectabilidade de nanopartículas magnéticas de maghemita por sensor de biossusceptometria de corrente alternada com magnetorresistores

Author Prates, Leopoldo De Jesus Autor UNIFESP Google Scholar
Advisor Godoy, Carlos Marcelo Gurjao De Autor UNIFESP Google Scholar
Institution Universidade Federal de São Paulo (UNIFESP)
Graduate program Engenharia Biomédica
Abstract Among the latest technologies for cardiovascular disease imaging diagnostics are Magnetic Resonance Imaging (MRI) and Magnetic Particle Imaging (MPI). These two technologies have in common the use of magnetic nanoparticles for the generation of clinical images. Another technology capable of detecting magnetic nanoparticles is the Alternating Current Biosusceptometry (ACB). This low cost, portable and ionizing-radiation-free technology has proven efficient in detecting magnetic tracers and markers (composed of ferrite powder) in the gastrointestinal tract of humans, dogs and rats, and detecting magnetic nanoparticles in the bloodstream of rats. The most exploited ACB technology is based on two pairs of coils, separated by a certain distance called baseline. Each pair is comprised of an excitation coil to generate the magnetic field and a detection coil. Just over a decade ago, a major modification was proposed in the ACB systems, replacing the detection coils with Anisotropic MagnetoResistive sensors (AMR). This modification introduced the possibility of image generation in the AMR-ACB systems since it is possible to construct a matrix with several AMR sensors in the space delimited by the excitation coil. This approach has already been successfully used in the detection of magnetic tracer (composed of ferrite powder) in the gastrointestinal tract of dogs. The present work introduces an unprecedented investigation about the detectability of maghemite magnetic nanoparticles by an AMR-ACB system. The objective is to evaluate the practical applicability of this technique to detect magnetic nanoparticles for future applications in physiological studies of the organs, such as the heart and kidneys, as well as the gastrointestinal tract. Several bench tests were performed using the AMR-ACB system to detect samples of magnetic nanoparticle in Eppendorf tubes with different concentrations and volumes. Tests were also made on magnetic nanoparticles encapsulated with liposomes, which makes them more biocompatible. The samples were positioned in the direction of detection of the AMR sensor at fixed distances. The presence of the sample in front of the sensor causes a change in the magnetic field that is picked up by the sensor, which generates a corresponding electrical signal. This signal is amplified, filtered, converted from analog to digital, sampled and recorded on file for further processing. The value that represents the measurement of a sample is calculated as the difference between the mean value of the measured signal (in mV) with the sample in front of the sensor, and the mean value of the measured signal immediately after removing the sample from the front of the sensor. The results show that the AMR-ACB system is capable of detecting magnetic nanoparticles with a concentration of 1.2mg/ml at distances ranging from 0.0mm to 10mm, and the sensor can detect nanoparticles with concentrations of 0.3, 0.6, 0.75, 1.2, 3 and 6mg/ml. The results also suggest that the encapsulation with liposome did not alter their detectability by the AMR-ACB system at the concentration studied (0.3mg/ml).

Dentre as tecnologias mais recentes para diagnóstico de imagem das doenças cardíacas estão a ressonância magnética (Magnetic Resonance Imaging - MRI) e o diagnóstico de imagem por partículas magnéticas (Magnetic Particle Imaging - MPI). Essas duas tecnologias têm em comum o fato de usarem nanopartículas magnéticas para a geração de imagens clínicas. Outra tecnologia que pode ser usada para detectar nanopartículas magnéticas é a biossusceptometria de corrente alternada (Alternating Current Biosusceptometry - ACB). Essa tecnologia de baixo custo, portátil e livre de radiação ionizante já se mostrou eficiente na detecção de traçadores e marcadores magnéticos (compostos por pó de ferrita) no trato gastrointestinal de humanos, cães e ratos, e na detecção de nanopartículas magnéticas na corrente sanguínea de ratos. A tecnologia ACB mais explorada é baseada em dois pares de bobinas separadas por uma determinada distância chamada de linha de base. Cada par é composto por uma bobina de excitação para gerar o campo magnético e uma bobina de detecção. Há pouco mais de uma década foi proposta uma modificação importante nos sistemas ACB, substituindo as bobinas de detecção por sensores magnetorresistivos anisotrópicos (Anisotropic MagnetoResistive sensor - AMR). Essa modificação introduziu nos sistemas AMR-ACB a possibilidade da geração de imagens, já que é possível construir uma matriz com vários sensores AMR no espaço delimitado pela bobina de excitação. Essa abordagem já foi usada com sucesso na detecção de traçador magnético (constituído por pó de ferrita) no trato gastrointestinal de cães. O presente trabalho apresenta uma investigação inédita acerca da detectabilidade de nanopartículas magnéticas de maghemita por sistema AMR-ACB. O objetivo é avaliar a aplicabilidade prática dessa técnica em detectar nanopartículas magnéticas para futuras aplicações em estudos fisiológicos de outros órgãos, tais como, coração e rins, além do trato gastrintestinal. Foram realizados diversos testes de bancada usando o sistema AMR-ACB para detectar amostras de nanopartículas de maghemita, em tubos Eppendorf, com diferentes concentrações e volumes. Foram avaliadas também, amostras de nanopartículas de maghemita encapsuladas com lipossomos, o que as torna mais biocompatíveis. As amostras foram posicionadas na direção de detecção do sensor AMR em distâncias fixas. A presença da amostra em frente ao sensor provoca uma modificação no campo magnético captado pelo sensor, que por sua vez gera um sinal elétrico correspondente. Este sinal foi amplificado, filtrado, convertido de analógico para digital, amostrado e registrado em arquivo para processamento posterior. O valor que representa a medição de uma amostra foi calculado como a diferença entre o valor médio do sinal medido (em mV) com a amostra em frente ao sensor, e o valor médio do sinal medido imediatamente após a retirada da amostra da frente do sensor. Concluímos que os resultados obtidos mostram que o sistema, na configuração usada neste trabalho e da relação sinal/ruído que exibe, é capaz de detectar nanopartículas de maghemita com concentração de 1,2 mg/ml em distâncias de 0,0 mm até 10mm distantes do sensor, e que o sensor pode detectar nanopartículas com concentrações de 0,3, 0,6, 0,75, 1,2, 3 e 6 mg/ml. Os resultados sugerem ainda que o encapsulamento com lipossomo não alterou sua detectabilidade pelo sistema AMR-ACB na concentração estudada (0,3 mg/ml).
Keywords Alternating Current Biosusceptometry
Magnetic Resonance Imaging - MRI
Magnetic Particle Imaging - MPI
Language Portuguese
Date 2019-09-10
Research area Desenvolvimento De Instrumentos Biomédicos
Knowledge area Instrumentação Biomédica
Publisher Universidade Federal de São Paulo (UNIFESP)
Extent 144 p.
Origin https://sucupira.capes.gov.br/sucupira/public/consultas/coleta/trabalhoConclusao/viewTrabalhoConclusao.jsf?popup=true&id_trabalho=7822712
Access rights Closed access
Type Dissertation
URI https://repositorio.unifesp.br/handle/11600/60043

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