El descubrimiento de los elementos de la Tabla Periódica ha tomado cientos de años y el nombrarlos de una forma o de otra ha tenido un significado especial. Johan Gadolin, un químico y geólogo finlandés, fue el primero en aislar una tierra rara en 1792. Hoy en día se conoce como óxido de itrio, y fue obtenida del mineral que ahora lleva su nombre: gadolinita. Casi un siglo después, el químico suizo Jean Charles Galissard de Marignac identificó las líneas espectrales en muestras de gadolinita de un nuevo elemento químico. Pero fue hasta 1886 que el químico francés Paul Émile Lecoq de Boisbaudran aisló del óxido puro al elemento al que llamo gadolinio. En la Tabla Periódica se denota como Gd, tiene número atómico 64, peso atómico 157.25 y configuración electrónica [Xe]4f7 5d1 6s2. Es un lantánido de densidad 7.9 g/cm3, con un punto de fusión de 1586 K y un punto de ebullición de 3539 K. Tiene un radio atómico de 179 pm y a temperatura ambiente posee una estructura hexagonal.

La gadolinita contiene sólo trazas de gadolinio. Foto de WesternDevil

El gadolinio se encuentra en muchos minerales como la monacita y la bastnasita; la gadolinita contiene sólo trazas de gadolinio. La abundancia de la gadolinita es de 6.2 mg/kg y las principales minas se encuentran en China, Estados Unidos de Norteamérica, Brasil, Sri Lanka, India y Australia. El gadolinio es un metal maleable y dúctil, de aspecto plateado blanquecino, sin embargo, en contacto con el oxígeno de la atmósfera y la humedad, adquiere una capa de óxido color negra. Es por eso que en la naturaleza se le encuentra en forma de óxido. El único mineral con gadolinio en estado elemental es el lepersonnite-(Gd) y sólo se ha hallado en la República Democrática del Congo. A bajas temperaturas el gadolinio es más ferromagnético que el hierro y tiene propiedades superconductoras. Tiene una propiedad llamada magneto-calórica: su temperatura se incrementa cuando es puesto en un campo magnético y disminuye cuando se remueve el campo magnético. El gadolinio forma iones trivalentes con propiedades fluorescentes. Es usado en la manufactura de chips de computación, CDs, televisores y hornos de microondas.

En la naturaleza existen 6 isótopos estables y un radioisótopo del gadolinio. El 157Gd (abundancia natural del 15.7%) posee la sección transversal de captura de neutrones térmicos más alta de todos los núclidos de 257000 barns (1barn = 10-24 m2 el tamaño de núcleo del uranio), es decir, el núcleo de 157Gd tiene la mayor probabilidad de capturar un neutrón térmico. El neutrón térmico tiene una energía de menos de 0.1eV (el neutrón térmico es un neutrón libre con una energía cinética de 0.025eV, que es la energía más probable a 290 K). Debido a esta propiedad, el gadolinio es usado en los tubos de control en los rectores nucleares para regular la fisión. Además, la sección transversal de captura de neutrones térmicos del 157Gd es 60 veces mayor que la del 10B, que ha sido usado para terapia de captura de neutrones. La terapia consiste en que una vez que el 10B captura un neutrón, se convierte en 11B lo cual genera 7Li y una partícula alfa, las cuales contribuyen en la destrucción de células cancerígenas al desnaturalizar las dobles hélices en el núcleo de la célula. Ambos, 7Li y las partículas alfa, tienen una profundidad de penetración menor a 10 micrones, por lo cual deben de estar dentro del núcleo celular para una daño efectivo de las células cancerígenas. Cuando el 157Gd captura un neutrón se transforma en 158Gd, lo cual genera rayos gamma y electrones (electrones Auger). Los electrones interactúan con el agua generando OH los cuales desnaturalizan el ADN y con lo cual dañan la célula. Podemos mencionar muchas otras aplicaciones en medicina nuclear del gadolinio. Se recomiendan las referencias al final del texto.

Una de las aplicaciones de gran interés y controversia es como agente de contraste en Resonancia Magnética Nuclear. En 1988, el primer agente de contraste, específicamente diseñado para su uso en imagenología de resonancia magnética (IRM), basado en el gadolinio (GBCA, gadolinium-based contrast agent), el “gadopentetate dimeglumine” (Magnevist®) estuvo accesible para su uso clínico. Desde entonces han surgido varios derivados quelantes que han sido desarrollados y aprobados en muchas regiones del mundo. Todos los GBCA contienen un ion paramagnético de gadolinio (Gd3+), el cual posee la mayor cantidad de electrones no-apareados que cualquier ion estable (siete), creando un momento magnético muy alto que es efectivo para la relajación de un protón. A dosis clínicas (entre 0.1 y 0.3 mmol/kg peso paciente) los efectos del GBCA dan un contraste entre los tejidos que permite generar imágenes de muy buena calidad. Estas imágenes pueden ser del tejido a observar como el sistema nervioso, el corazón, los pulmones, los intestinos, el sistema linfático, etc. El GBCA es inyectado de forma intravenosa, éste se distribuye por la sangre y el espacio extravascular-extracelular. Es biológicamente inerte y es rápidamente eliminado por los riñones con excepción de: gadoxetic acid (Primovist®/Eovist®), gadobenate dimeglumine (Multihance®) y gadofosveset (Vasovist®/Ablavar®), los cuales son tomados por hepatocitos y eliminados por el sistema hepatobiliar. A principios del 2006 se encontró una posible relación entre el GBCA y el desarrollo de fibrosis sistémica nefrogenética, un raro pero potencialmente desorden en pacientes con fases finales de insuficiencia renal. Esto condujo a una investigación internacional por la agencia médica europea, la sociedad europea de radiología urológica y la Food and Drug administration (FDA, por sus siglas en inglés), quienes emitieron recomendaciones del uso de GBCA [1]. Este debate continua a la fecha, y los interesados pueden consultar el trabajo de Lohrke et al. en la revista Advances in Therapy [2]. Lo cierto es que hay muchos reportes en varios países sobre enfermedades como consecuencia del uso de este agente, el cual incluye una batalla legal por Chuck Norris, quien demandó a un hospital por los efectos secundarios generados a su esposa.

99.9 de Gadolinio puro

De las tierras raras, el gadolinio presenta una amplia aplicabilidad, en especial en la medicina nuclear en donde se ha usado de varias formas [3]. Después de 30 años de investigación, aún no se tienen respuestas sobre la seguridad de su uso en seres humanos. Lo que se sabe es que una pequeña parte del compuesto a base de gadolinio (GBCAs) se queda en el cuerpo, pero no está claro por qué esto ocurre. C2

 

Referencias
  1. Ultrasmall Lanthanide Oxide Nanoparticles for Biomedical Imaging and Therapy. Gang Ho Lee, Yonngmin Chang and Tae-Jeong Kim. ISBN 978-0-08-100066-3, Woodhead Publishing, 2014
  2. 25 Years of Contrast-Enhanced MRI: Developments, Current Challenges and Future Perspectives. Jessica Lohrke et al. Ad. Ther. 2016;33:1-28.
  3. Sobre las varias aplicaciones del gadolinio, fecha de consulta 18 de agosto de 2019. https://www.sciencedirect.com/topics/chemistry/gadolinium

Sobre el autor

Se doctoró en Química con especialidad en radioquímica, en el Institut für Chemie und Biochemie de la Freie Universität Berlin, donde realizó estudios sobre la síntesis de complejos de renio y tecnecio con 2-piridilfosfinas y fosfiniminas. Actualmente se dedica al estudio de la química de coordinación de renio y su acoplamiento a nanoestructuras; además, en estudios de radiactividad ambiental utilizando espectrometría alfa y gamma, en la Unidad Académica de Estudios Nucleares de la Universidad Autónoma de Zacatecas.

Se doctoró en física en la Universidad de Potsdam Alemania y realizó un posdoctorado en el INSERM/CNRS en Marsella Francia, en aspectos de la biofísica de la adhesión celular. Actualmente es investigador del IFUASLP trabaja en diversos aspectos de la modificación de las membranas de lípidos y sus implicaciones en los cambios de sus propiedades mecánicas. También en la síntesis, funcionalización y caracterización de nanopartículas magnéticas para el estudio de su interacción con membranas biológicas y su potencial uso en el tratamiento de cáncer de pulmón.

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