By Kenna Hughes-Castleberry postat pe 01 decembrie 2022
Tehnologia actuală utilizată pentru detectarea și urmărirea tumorilor canceroase este limitată. RMN (Imagistica prin rezonanță magnetică) este de obicei folosită pentru a detecta diferite tipuri de cancer, dar nu întotdeauna surprinde totul. Conform un articol, aproximativ 58% dintre interpretările RMN pentru cancerul de sân pot trece cu vederea cel puțin o potențială tumoră. Deși nu toate scanările caută tumori, cele care sunt încă provoacă suficientă vagitate și interpretare greșită încât pacienții pot deveni îngrijorați. Pentru a rezolva această problemă, cercetătorii de la Universitatea Tehnică din München (UTM) lucrează pentru a îmbunătăți imagistica RMN prin utilizarea unui proces cuantic special numit hiperpolarizare.
Ce este hiperpolarizarea?
La scară cuantică, mulți atomi și molecule au specific rotiri, adică nucleele sau electronii lor se pot mișca într-un mod specific. Folosind un câmp magnetic, o mașină RMN poate capta rotațiile acestor molecule pentru a realiza o imagine. Oamenii de știință pot controla direcția acestor rotiri prin intermediul polarizare, unde un câmp magnetic sau uneori electric forțează atomii să se rotească într-un anumit fel. În hiperpolarizare, atomii se rotesc într-o direcție extremă, cu mult peste o cantitate normală. Dacă toate rotațiile sunt aliniate într-o direcție, RMN-ul poate detecta atomii cu un semnal și mai puternic, permițând mai multă acuratețe și o rezoluție mai bună.
Urmărirea tumorilor
Procesul de aliniere efectivă a tuturor rotirilor și de introducere a unei molecule hiperpolarizare poate fi dificil. Pentru a ușura procesul, cercetătorii au folosit o stare magnetică specială a hidrogenului, numită parahidrogen, pentru a încerca să creeze un semnal mai puternic pentru aparatul RMN. Potrivit profesorului Franz Schilling de la Universitatea Tehnică din München: „parahidrogenul este o stare specială de spin a hidrogenului și se află într-o stare de energie mai mică decât cealaltă stare de spin a hidrogenului, care este ortohidrogen”. Datorită stării sale speciale de spin, parahidrogenul este produs la temperaturi foarte scăzute folosind azot lichid.
Cu toate acestea, parahidrogenul nu poate fi măsurat de un aparat RMN datorită dinamicii sale cuantice. Cu toate acestea, poate provoca hiperpolarizarea altor molecule, stimulând sensibilitate a scanării RMN. Folosind parahidrogen, cercetătorii au reușit să hiperpolarizeze piruvatul, un produs metabolic pe care îl produc tumorile. Urmărind unde se afla piruvatul într-o scanare RMN, cercetătorii au putut estima localizarea tumorilor canceroase. Combinând parahidrogenul și stimularea cu unde radio, cercetătorii au reușit să hiperpolarizeze un atom de carbon de piruvat, văzând un semnal mai puternic în scanarea RMN.
O tehnică pentru tumorile canceroase
Deoarece rezultatele au sugerat o metodă mai eficientă pentru screening-urile tumorilor canceroase, cercetătorii speră că această metodă va fi utilizată în viitor. „Un polarizator clinic parahidrogen oferă potențial o tehnică sigură, robustă și aplicabilă pe scară largă pentru a îmbunătăți semnalul de spin nuclear pentru a permite imagistica metabolică.” Dr. Schilling adăugat. „Imagistica metabolică promite evaluarea răspunsului precoce la terapia în cancer și detectarea precoce a leziunilor canceroase pre-maligne.” Cu aceste rezultate, o echipă de cercetători lucrează la crearea unui prototip al hiperpolarizatorului, ajutând la deschiderea drumului pentru screening-uri mai eficiente, care, la rândul lor, pot salva mai multe vieți.
Kenna Hughes-Castleberry este scriitoare la Inside Quantum Technology și Science Communicator la JILA (un parteneriat între Universitatea din Colorado Boulder și NIST). Bataile ei de scris includ tehnologia profundă, metaversul și tehnologia cuantică.
