By Kenna Hughes-Castleberry julkaistu 01
Nykyinen syöpäkasvainten havaitsemiseen ja seurantaan käytetty tekniikka on rajallista. MK (Magnetic Resonance Imaging) käytetään yleensä erityyppisten syöpien seulomiseen, mutta se ei aina löydä kaikkea. Mukaan yksi artikkeli, noin 58 % rintasyövän MRI-tulkinnoista saattaa jättää huomiotta ainakin yhden mahdollisen kasvaimen. Vaikka kaikki skannaukset eivät etsi kasvaimia, ne, jotka ovat edelleen, aiheuttavat tarpeeksi epämääräisyyttä ja väärintulkintoja, jotta potilaat voivat huolestua. Tämän ongelman ratkaisemiseksi Münchenin teknisen yliopiston tutkijat (TUM) pyrkivät parantamaan MRI-kuvausta käyttämällä erityistä kvanttiprosessia, jota kutsutaan hyperpolarisaatioksi.
Mikä on hyperpolarisaatio?
Kvanttimittakaavassa monilla atomeilla ja molekyyleillä on spesifisiä pyörii, mikä tarkoittaa, että niiden ytimet tai elektronit voivat liikkua tietyllä tavalla. Magneettikentän avulla MRI-laite voi poimia näiden molekyylien kierrokset kuvan tekemiseksi. Tiedemiehet voivat ohjata näiden pyörien suuntaa polarisaatio, jossa magneettinen tai joskus sähkökenttä pakottaa atomit pyörimään tietyllä tavalla. Hyperpolarisaatiossa atomit pyörivät äärimmäiseen suuntaan, paljon normaalia enemmän. Jos kaikki spinit on kohdistettu yhteen suuntaan, MRI voi havaita atomit vieläkin vahvemmalla signaalilla, mikä mahdollistaa suuremman tarkkuuden ja paremman resoluution.
Kasvainten seuranta
Prosessi, jossa kaikki kierrokset kohdistetaan ja molekyyli saadaan sisään hyperpolarisaatiosta voi olla vaikeaa. Prosessin helpottamiseksi tutkijat käyttivät erityistä magneettista vedyn tilaa, nimeltään paravetyä, yrittääkseen luoda vahvemman signaalin MRI-koneelle. Professorin mukaan Franz Schilling Münchenin teknisestä yliopistosta: "paravety on vedyn erityinen spin-tila ja se on alhaisemmassa energiatilassa kuin vedyn toinen spin-tila, joka on ortovety." Erityisen pyörimistilansa vuoksi paravetyä tuotetaan erittäin matalissa lämpötiloissa käyttämällä nestemäistä typpeä.
Paravetyä ei kuitenkaan voida mitata MRI-laitteella sen kvanttidynamiikan vuoksi. Se voi kuitenkin aiheuttaa muiden molekyylien hyperpolarisaatiota, mikä voimistaa herkkyys MRI-skannauksesta. Paravetyä käyttämällä tutkijat pystyivät hyperpolarisoimaan pyruvaattia, aineenvaihduntatuotetta, jota kasvaimet tuottavat. Kun pyruvaatti oli magneettikuvauksessa, tutkijat pystyivät arvioimaan syöpäkasvainten sijainnin. Yhdistämällä paravedyn ja stimulaation radioaaltojen kanssa tutkijat pystyivät hyperpolarisoimaan pyruvaatin hiiliatomin ja näkivät voimakkaamman signaalin MRI-skannauksessa.
Tekniikka syöpäkasvainten hoitoon
Koska tulokset ehdottivat tehokkaampaa menetelmää syöpäkasvainten seulontatutkimuksissa, tutkijat toivovat, että tätä menetelmää käytetään tulevaisuudessa. "Kliininen paravetypolarisaattori tarjoaa potentiaalisesti turvallisen, vankan ja laajasti sovellettavan tekniikan ydinspin signaalin tehostamiseksi metabolisen kuvantamisen mahdollistamiseksi." Tohtori Schilling lisätty. "Metabolinen kuvantaminen lupaa arvioida varhaista vastetta syövän hoitoon ja havaita varhainen pahanlaatuisia syöpävaurioita." Näiden tulosten avulla tutkijaryhmä työskentelee luodakseen hyperpolarisaattorin prototyypin, mikä auttaa tasoittamaan tietä tehokkaammille seulonnaille, mikä puolestaan voi pelastaa enemmän ihmishenkiä.
Kenna Hughes-Castleberry on Inside Quantum Technologyn ja JILAn Science Communicatorin (kumppanuus Colorado Boulderin yliopiston ja NISTin välillä) kirjoittaja. Hänen kirjoitustyylinsä sisältävät syväteknologiaa, metaversumia ja kvanttitekniikkaa.
