By Kenna Hughes-Castleberry offentliggjort 01. december 2022
Den nuværende teknologi, der bruges til at opdage og spore kræftsvulster, er begrænset. MRI (Magnetic Resonance Imaging) bruges normalt til at screene for forskellige typer kræft, men det fanger ikke altid alt. Ifølge en artikel, omkring 58 % af brystkræft MRI-fortolkninger kan overse mindst én potentiel tumor. Selvom ikke alle scanningerne leder efter tumorer, forårsager de, der stadig er tilstrækkelig vaghed og fejlfortolkning, til at patienter kan blive bekymrede. For at løse dette problem har forskere ved det tekniske universitet i München (TUM) arbejder på at forbedre MRI-billeddannelse ved at bruge en speciel kvanteproces kaldet hyperpolarisering.
Hvad er hyperpolarisering?
På en kvanteskala har mange atomer og molekyler specifikke spins, hvilket betyder, at deres kerner eller elektroner kan bevæge sig på en bestemt måde. Ved hjælp af et magnetfelt kan en MR-maskine opfange disse molekylers spins for at lave et billede. Forskere kan styre retningen af disse spins via polarisering, hvor et magnetisk eller nogle gange et elektrisk felt tvinger atomerne til at dreje på en bestemt måde. Ved hyperpolarisering spinder atomer i en ekstrem retning, langt ud over en normal mængde. Hvis alle spins er justeret i én retning, kan MRI detektere atomerne med et endnu stærkere signal, hvilket giver mulighed for mere nøjagtighed og bedre opløsning.
Sporing af tumorer
Processen med faktisk at justere alle spins og få et molekyle ind hyperpolarisering kan være svært. For at gøre processen lettere brugte forskerne en speciel magnetisk brinttilstand, kaldet parahydrogen, til at forsøge at skabe et stærkere signal til MR-maskinen. Ifølge professor Franz Schilling fra det tekniske universitet i München: "parahydrogen er en speciel spin-tilstand af brint, og den er i en lavere energitilstand end den anden spin-tilstand af brint, som er orthohydrogen." På grund af sin specielle spin-tilstand produceres parahydrogen ved meget lave temperaturer ved hjælp af flydende nitrogen.
Parahydrogen kan dog ikke måles med en MR-maskine på grund af dets kvantedynamik. Det kan dog forårsage hyperpolarisering af andre molekyler, hvilket øger følsomhed af MR-scanningen. Ved hjælp af parahydrogen var forskerne i stand til at hyperpolarisere pyruvat, et stofskifteprodukt, som tumorer producerer. Ved at spore, hvor pyruvat var i en MR-scanning, kunne forskerne estimere placeringen af kræftsvulster. Ved at kombinere parahydrogen og stimulering med radiobølger var forskerne i stand til at hyperpolarisere et kulstofatom af pyruvat og se et stærkere signal i MR-scanningen.
En teknik til kræftsvulster
Da resultaterne antydede en mere effektiv metode til screening af kræftsvulster, håber forskerne, at denne metode vil blive brugt i fremtiden. "En klinisk parahydrogenpolarisator tilbyder potentielt en sikker, robust og bredt anvendelig teknik til at forbedre signalet fra nuklear spin for at tillade metabolisk billeddannelse." Dr. Schilling tilføjet. "Metabolisk billeddannelse lover vurdering af tidlig respons på behandling i cancer og tidlig påvisning af præ-maligne cancerlæsioner." Med disse resultater arbejder et team af forskere på at skabe en prototype af hyperpolarisatoren, der hjælper med at bane vejen for mere effektive screeninger, som igen kan redde flere liv.
Kenna Hughes-Castleberry er medarbejderskribent hos Inside Quantum Technology og Science Communicator på JILA (et partnerskab mellem University of Colorado Boulder og NIST). Hendes skrivebeats inkluderer deep tech, metaverset og kvanteteknologi.
