By Kenna Hughes-Castleberry δημοσιεύτηκε 01 Δεκεμβρίου 2022
Η τρέχουσα τεχνολογία που χρησιμοποιείται για την ανίχνευση και την παρακολούθηση καρκινικών όγκων είναι περιορισμένη. MRI (Η Απεικόνιση Μαγνητικού Συντονισμού) χρησιμοποιείται συνήθως για τον έλεγχο για διαφορετικούς τύπους καρκίνου, αλλά δεν συλλαμβάνει πάντα τα πάντα. Σύμφωνα με ένα άρθρο, περίπου το 58% των ερμηνειών με μαγνητική τομογραφία καρκίνου του μαστού μπορεί να αγνοήσει τουλάχιστον έναν πιθανό όγκο. Αν και δεν αναζητούν όλες οι σαρώσεις για όγκους, αυτές που εξακολουθούν να προκαλούν αρκετή ασάφεια και παρερμηνεία που οι ασθενείς μπορεί να ανησυχήσουν. Για να λύσουν αυτό το ζήτημα, ερευνητές στο Τεχνικό Πανεπιστήμιο του Μονάχου (ΤΟΜ) εργάζονται για τη βελτίωση της απεικόνισης MRI χρησιμοποιώντας μια ειδική κβαντική διαδικασία που ονομάζεται υπερπόλωση.
Τι είναι η υπερπόλωση;
Σε κβαντική κλίμακα, πολλά άτομα και μόρια έχουν συγκεκριμένες περιστροφές, που σημαίνει ότι οι πυρήνες ή τα ηλεκτρόνια τους μπορεί να κινούνται με συγκεκριμένο τρόπο. Χρησιμοποιώντας ένα μαγνητικό πεδίο, μια μηχανή μαγνητικής τομογραφίας μπορεί να ανιχνεύσει τις περιστροφές αυτών των μορίων για να δημιουργήσει μια εικόνα. Οι επιστήμονες μπορούν να ελέγξουν την κατεύθυνση αυτών των περιστροφών μέσω πόλωση, όπου ένα μαγνητικό ή μερικές φορές ένα ηλεκτρικό πεδίο αναγκάζει τα άτομα να περιστρέφονται με συγκεκριμένο τρόπο. Στην υπερπόλωση, τα άτομα περιστρέφονται σε ακραία κατεύθυνση, πολύ πέρα από μια κανονική ποσότητα. Εάν όλες οι περιστροφές είναι ευθυγραμμισμένες προς μία κατεύθυνση, η μαγνητική τομογραφία μπορεί να ανιχνεύσει τα άτομα με ένα ακόμη ισχυρότερο σήμα, επιτρέποντας μεγαλύτερη ακρίβεια και καλύτερη ανάλυση.
Παρακολούθηση όγκων
Η διαδικασία ευθυγράμμισης όλων των περιστροφών και εισαγωγής ενός μορίου υπερπόλωση μπορεί να είναι δύσκολο. Για να διευκολύνουν τη διαδικασία, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν μια ειδική μαγνητική κατάσταση υδρογόνου, που ονομάζεται παραϋδρογόνο για να προσπαθήσουν να δημιουργήσουν ένα ισχυρότερο σήμα για το μηχάνημα MRI. Σύμφωνα με τον καθηγητή Φραντς Σίλινγκ του Τεχνικού Πανεπιστημίου του Μονάχου: «Το παραϋδρογόνο είναι μια ειδική κατάσταση περιστροφής του υδρογόνου και βρίσκεται σε χαμηλότερη ενεργειακή κατάσταση από την άλλη κατάσταση περιστροφής του υδρογόνου που είναι το ορθοϋδρογόνο». Λόγω της ειδικής κατάστασης περιστροφής του, το παραϋδρογόνο παράγεται σε πολύ χαμηλές θερμοκρασίες χρησιμοποιώντας υγρό άζωτο.
Ωστόσο, το παραϋδρογόνο δεν μπορεί να μετρηθεί από μηχανή μαγνητικής τομογραφίας λόγω της κβαντικής δυναμικής του. Μπορεί, ωστόσο, να προκαλέσει την υπερπόλωση άλλων μορίων, ενισχύοντας την ευαισθησία της μαγνητικής τομογραφίας. Χρησιμοποιώντας παραϋδρογόνο, οι ερευνητές κατάφεραν να υπερπολώσουν το πυροσταφυλικό, ένα μεταβολικό προϊόν που παράγουν οι όγκοι. Κατά την παρακολούθηση του σημείου που βρισκόταν το πυροσταφυλικό σε μαγνητική τομογραφία, οι ερευνητές μπορούσαν να εκτιμήσουν τη θέση των καρκινικών όγκων. Συνδυάζοντας το παραϋδρογόνο και τη διέγερση με ραδιοκύματα, οι ερευνητές μπόρεσαν να υπερπολώσουν ένα άτομο άνθρακα πυροσταφυλικού, βλέποντας ένα ισχυρότερο σήμα στη μαγνητική τομογραφία.
Τεχνική για καρκινικούς όγκους
Καθώς τα αποτελέσματα πρότειναν μια πιο αποτελεσματική μέθοδο για τον προσυμπτωματικό έλεγχο καρκινικών όγκων, οι ερευνητές ελπίζουν ότι αυτή η μέθοδος θα χρησιμοποιηθεί στο μέλλον. "Ένας κλινικός πολωτής παραϋδρογόνου προσφέρει δυνητικά μια ασφαλή, στιβαρή και ευρέως εφαρμόσιμη τεχνική για την ενίσχυση του σήματος του πυρηνικού σπιν για να επιτραπεί η μεταβολική απεικόνιση." Δόκτωρ Σίλινγκ προστέθηκε. «Η μεταβολική απεικόνιση υπόσχεται αξιολόγηση της πρώιμης ανταπόκρισης στη θεραπεία στον καρκίνο και έγκαιρη ανίχνευση προ-κακοήθων καρκινικών βλαβών». Με αυτά τα αποτελέσματα, μια ομάδα ερευνητών εργάζεται για να δημιουργήσει ένα πρωτότυπο του υπερπολωτήρα, βοηθώντας να ανοίξει ο δρόμος για πιο αποτελεσματικούς ελέγχους, οι οποίοι με τη σειρά τους μπορεί να σώσουν περισσότερες ζωές.
Ο Kenna Hughes-Castleberry είναι συγγραφέας προσωπικού στο Inside Quantum Technology και Επιστήμονας Επικοινωνίας στο JILA (μια συνεργασία μεταξύ του Πανεπιστημίου του Κολοράντο Boulder και του NIST). Τα συγγραφικά της beats περιλαμβάνουν τη βαθιά τεχνολογία, το μετασύμπαν και την κβαντική τεχνολογία.
