By Kenna Hughes-Castleberry gepostet am 01
Die derzeitige Technologie zur Erkennung und Verfolgung von Krebstumoren ist begrenzt. MRI (Magnetic Resonance Imaging) wird normalerweise verwendet, um nach verschiedenen Krebsarten zu suchen, aber es erfasst nicht immer alles. Entsprechend ein Artikel, etwa 58 % der Brustkrebs-MRT-Interpretationen können mindestens einen potenziellen Tumor übersehen. Obwohl nicht alle Scans nach Tumoren suchen, verursachen diejenigen, die es sind, immer noch genug Unklarheiten und Fehlinterpretationen, dass die Patienten besorgt sein können. Um dieses Problem zu lösen, haben Forscher der Technischen Universität München (TUM) arbeiten daran, die MRT-Bildgebung zu verbessern, indem sie einen speziellen Quantenprozess namens Hyperpolarisation verwenden.
Was ist Hyperpolarisation?
Auf einer Quantenskala haben viele Atome und Moleküle spezifische dreht, was bedeutet, dass sich ihre Kerne oder Elektronen auf eine bestimmte Weise bewegen können. Mithilfe eines Magnetfelds kann ein MRT-Gerät die Spins dieser Moleküle erfassen, um ein Bild zu erstellen. Wissenschaftler können die Richtung dieser Spins über steuern Polarisation, wo ein magnetisches oder manchmal ein elektrisches Feld die Atome dazu zwingt, sich in eine bestimmte Richtung zu drehen. Bei der Hyperpolarisation drehen sich Atome in eine extreme Richtung, weit über ein normales Maß hinaus. Wenn alle Spins in eine Richtung ausgerichtet sind, kann die MRT die Atome mit einem noch stärkeren Signal erkennen, was eine höhere Genauigkeit und bessere Auflösung ermöglicht.
Tumoren auf der Spur
Der Prozess, alle Spins tatsächlich auszurichten und ein Molekül hineinzubringen Hyperpolarisation kann schwierig sein. Um den Prozess zu vereinfachen, verwendeten die Forscher einen speziellen magnetischen Zustand von Wasserstoff, der als Parawasserstoff bezeichnet wird, um zu versuchen, ein stärkeres Signal für das MRT-Gerät zu erzeugen. Laut Professor Franz Schilling der Technischen Universität München: „Parawasserstoff ist ein spezieller Spinzustand von Wasserstoff und befindet sich in einem niedrigeren Energiezustand als der andere Spinzustand von Wasserstoff, der Orthowasserstoff ist.“ Aufgrund seines speziellen Spinzustands wird Parawasserstoff bei sehr niedrigen Temperaturen unter Verwendung von flüssigem Stickstoff hergestellt.
Parawasserstoff kann jedoch aufgrund seiner Quantendynamik nicht von einem MRI-Gerät gemessen werden. Es kann jedoch die Hyperpolarisation anderer Moleküle verursachen und dies verstärken Empfindlichkeit des MRT-Scans. Mithilfe von Parawasserstoff konnten die Forscher Pyruvat, ein Stoffwechselprodukt, das Tumore produzieren, hyperpolarisieren. Indem sie verfolgten, wo sich Pyruvat in einem MRT-Scan befand, konnten die Forscher die Lage von Krebstumoren abschätzen. Durch die Kombination von Parawasserstoff und Stimulation mit Radiowellen konnten die Forscher ein Kohlenstoffatom von Pyruvat hyperpolarisieren und im MRT-Scan ein stärkeres Signal sehen.
Eine Technik für Krebstumoren
Da die Ergebnisse eine effektivere Methode für Krebstumor-Screenings nahelegten, sind die Forscher zuversichtlich, dass diese Methode in Zukunft verwendet wird. „Ein klinischer Parawasserstoff-Polarisator bietet möglicherweise eine sichere, robuste und breit anwendbare Technik, um das Signal des Kernspins zu verstärken, um eine metabolische Bildgebung zu ermöglichen.“ Schilling hinzugefügt. „Die metabolische Bildgebung verspricht die Beurteilung des frühen Ansprechens auf eine Krebstherapie und die Früherkennung von prämalignen Krebsläsionen.“ Mit diesen Ergebnissen arbeitet ein Forscherteam an der Entwicklung eines Prototyps des Hyperpolarisators, der dazu beiträgt, den Weg für effektivere Screenings zu ebnen, die wiederum mehr Leben retten können.
Kenna Hughes-Castleberry ist Mitarbeiterin bei Inside Quantum Technology und Science Communicator bei JILA (eine Partnerschaft zwischen der University of Colorado Boulder und NIST). Ihre Beats beim Schreiben umfassen Deep Tech, Metaverse und Quantentechnologie.
