By Kenna Hughes-Castleberry postitatud 01. detsembril 2022
Vähkkasvajate tuvastamiseks ja jälgimiseks kasutatav praegune tehnoloogia on piiratud. MRI (Magnetic Resonance Imaging) kasutatakse tavaliselt erinevate vähitüüpide skriinimiseks, kuid see ei taba alati kõike. Vastavalt üks artikkel, umbes 58% rinnavähi MRI tõlgendustest võib jätta tähelepanuta vähemalt ühe potentsiaalse kasvaja. Kuigi mitte kõik skaneeringud ei otsi kasvajaid, põhjustavad need, mis on ikka veel piisavalt ebamäärased ja valesti tõlgendatud, et patsiendid võivad muretseda. Selle probleemi lahendamiseks töötasid Müncheni tehnikaülikooli teadlased (TUM) töötavad MRI kujutise täiustamise nimel, kasutades spetsiaalset kvantprotsessi, mida nimetatakse hüperpolarisatsiooniks.
Mis on hüperpolarisatsioon?
Kvantskaalal on paljudel aatomitel ja molekulidel spetsiifilised keerleb, mis tähendab, et nende tuumad või elektronid võivad liikuda kindlal viisil. Magnetvälja abil saab MRI-aparaat pildi tegemiseks üles võtta nende molekulide spinnid. Teadlased saavad nende keerutuste suunda juhtida polarisatsioon, kus magnet- või mõnikord elektriväli sunnib aatomeid teatud viisil pöörlema. Hüperpolarisatsiooni korral pöörlevad aatomid äärmuslikus suunas, mis ületab normaalse koguse. Kui kõik spinnid on joondatud ühes suunas, suudab MRI tuvastada aatomeid veelgi tugevama signaaliga, mis võimaldab suuremat täpsust ja paremat eraldusvõimet.
Kasvajate jälgimine
Protsess, mille käigus kõik spinnid joondatakse ja molekuli sisse viiakse hüperpolarisatsioon võib olla raske. Protsessi hõlbustamiseks kasutasid teadlased vesiniku spetsiaalset magnetilist olekut, mida nimetatakse paravesinikuks, et proovida luua MRI-seadme jaoks tugevam signaal. Professori sõnul Franz Schilling Müncheni Tehnikaülikoolist: "Paravesinik on vesiniku spetsiaalne pöörlemisolek ja see on madalama energiaga kui vesiniku teine pöörlemisasend, mis on ortovesinik." Spetsiaalse pöörlemisoleku tõttu toodetakse paravesinikku väga madalatel temperatuuridel vedela lämmastiku abil.
Paravesinikku ei saa aga kvantdünaamika tõttu mõõta MRI-masinaga. See võib aga põhjustada teiste molekulide hüperpolarisatsiooni, suurendades tundlikkus MRI skaneerimisest. Paravesiniku abil suutsid teadlased hüperpolariseerida püruvaati, ainevahetusprodukti, mida kasvajad toodavad. Jälgides, kus püruvaat MRI-skaneerimisel oli, said teadlased hinnata vähkkasvajate asukohta. Kombineerides paravesinikku ja stimulatsiooni raadiolainetega, suutsid teadlased hüperpolariseerida püruvaadi süsinikuaatomi, nähes MRI-skaneerimisel tugevamat signaali.
Vähkkasvajate meetod
Kuna tulemused näitasid vähkkasvajate sõeluuringute tõhusamat meetodit, loodavad teadlased, et seda meetodit kasutatakse ka tulevikus. "Kliiniline paravesiniku polarisaator pakub potentsiaalselt ohutut, tugevat ja laialdaselt rakendatavat tehnikat tuuma spinni signaali tugevdamiseks, et võimaldada metaboolset pildistamist." Dr Schilling lisatud. "Metaboolne pildistamine lubab hinnata varajast reageerimist vähiravile ja varakult avastada pahaloomuliste kasvajate kahjustusi." Nende tulemuste põhjal töötab teadlaste meeskond hüperpolarisaatori prototüübi loomise nimel, mis aitab sillutada teed tõhusamatele sõeluuringutele, mis omakorda võib päästa rohkem elusid.
Kenna Hughes-Castleberry on Inside Quantum Technology ja JILA teaduskommunikaatori (Colorado Boulderi ülikooli ja NIST-i vaheline partnerlus) kirjanik. Tema kirjutamissageduste hulka kuuluvad süvatehnoloogia, metaversum ja kvanttehnoloogia.
