Investigadores de la Universidad de Windsor están utilizando neutrones en el Laboratorio Nacional de Oak Ridge del Departamento de Energía para comprender mejor los síntomas asociados con la lesión pulmonar asociada al cigarrillo electrónico/vapeo (EVALI, por sus siglas en inglés).
El investigador principal, Drew Marquardt, y su equipo emplearon la dispersión neutrónica en la Fuente de Espalación de Neutrones (SNS) y el Reactor de Isótopos de Alto Flujo (HFIR) del ORNL para observar cómo un diluyente comúnmente utilizado en muchos aceites de vapeo ilegales, conocido como acetato de vitamina E (VEA), puede dañar los pulmones. El equipo descubrió que un exceso de VEA se acumula en los pulmones con el tiempo, llegando finalmente a la membrana del órgano. Esto provoca que la membrana se ablande, lo que resulta en la dificultad para respirar asociada con EVALI. Los hallazgos del equipo fueron publicados en Chemical Research in Toxicology.
Utilizando la dispersión neutrónica para comprender las lesiones pulmonares relacionadas con el vapeo
“Cuando los médicos comenzaron a investigar el aumento de lesiones pulmonares en jóvenes, encontraron una acumulación de VEA”, explicó Marquardt. “Esto significaba que el VEA probablemente no tenía a dónde ir una vez que ingresaba a los pulmones. Queríamos comprender mejor qué significa esto para la función respiratoria y cómo la acumulación afecta a los pulmones con el tiempo. Por eso, llevamos nuestra investigación al ORNL, donde consideraría que Bio-SANS está a la altura de cualquier otro instrumento SANS en el mundo en términos de capacidad”.
Las suites de instrumentos en SNS y HFIR permiten a usuarios de todo el mundo acceder a múltiples técnicas de dispersión neutrónica, incluyendo la dispersión neutrónica de ángulo pequeño y la espectroscopía, ambas utilizadas por el equipo de Marquardt para sus hallazgos.
Utilizando el Instrumento de Dispersión Neutrónica de Ángulo Pequeño Biológico (Bio-SANS) de HFIR y el Espectrómetro de Eco de Espín de Neutrones (NSE) de SNS, el equipo estudió tres modelos diferentes de surfactante pulmonar, una mezcla de lípidos y proteínas que imita el revestimiento interno de los pulmones. Utilizaron estos instrumentos para resaltar el efecto del VEA en modelos de diferente complejidad, lo que supone un hito importante para comprender mejor cómo los pequeños cambios pueden tener un gran impacto en la salud humana.
“La ventaja de utilizar neutrones es que pueden proporcionar variación de contraste”, dijo Sai Venkatesh Pingali, científico de dispersión neutrónica e instrumentista en Bio-SANS. “En Bio-SANS, podemos resaltar selectivamente diferentes partes de la muestra para obtener más información de la que tendríamos de otra manera”.
Los neutrones carecen de carga eléctrica, lo que significa que pueden atravesar fácilmente un material y revelar información sobre su estructura al tiempo que preservan la muestra. La naturaleza no destructiva de los neutrones permitió al equipo evitar la introducción de aditivos en su experimento. “Por eso los neutrones son tan adecuados para esta investigación”, dijo Marquardt. “Nos permite estudiar el VEA sin añadir otros componentes que normalmente no se encontrarían en los pulmones”.
Instrumentos neutrónicos de clase mundial en ORNL proporcionan perspectivas únicas sobre la estructura pulmonar
“Spin Echo es único en el sentido de que puede medir la rigidez o suavidad de una membrana, y no existe otra técnica que pueda acceder a las escalas de energía necesarias para muestras tan pequeñas”, dijo Piotr Zolnierczuk, científico de dispersión neutrónica e instrumentista en NSE. “Realmente no hay otro método disponible en este momento que pueda ofrecer lo que NSE puede ofrecer”.
La investigación del equipo está en curso. “Nuestro trabajo inicial estableció un mecanismo de lo que el VEA está haciendo dentro de los pulmones de alguien con EVALI, pero hay muchos otros mecanismos asociados con la respiración que aún no entendemos”, dijo Marquardt. “Esperamos regresar pronto al ORNL y seguir aprovechando al máximo los instrumentos de clase mundial del laboratorio”.
Además de avanzar en la investigación de la salud pulmonar, la investigación neutrónica en ORNL permite a los investigadores realizar descubrimientos innovadores que respaldan áreas críticas, como la inteligencia artificial, los sistemas de energía cuántica y confiable que respaldan la economía y la seguridad de nuestra nación.
SNS y HFIR son instalaciones de usuarios de la Oficina de Ciencia del DOE.
UT-Battelle gestiona ORNL para la Oficina de Ciencia del Departamento de Energía, el mayor impulsor de investigación básica en las ciencias físicas en los Estados Unidos. La Oficina de Ciencia está trabajando para abordar algunos de los desafíos más apremiantes de nuestro tiempo. Para obtener más información, visite energy.gov/science. – Kaeli Dickert
