By Kenna Hughes-Castleberry közzétéve: 01. december 2022
A rákos daganatok kimutatására és nyomon követésére használt jelenlegi technológia korlátozott. MRI (Mágneses rezonancia képalkotás) általában a különböző típusú rák kiszűrésére szolgál, de nem mindig észlel mindent. Alapján egy cikk, az emlőrák MRI-értelmezéseinek körülbelül 58%-a figyelmen kívül hagyhat legalább egy lehetséges daganatot. Bár nem mindegyik vizsgálatban keresnek daganatokat, azok, amelyek még mindig elég homályosak és félreértelmezést okoznak, a betegek aggódhatnak. A probléma megoldására a Müncheni Műszaki Egyetem kutatói (TUM) egy speciális kvantumfolyamat, az úgynevezett hiperpolarizáció segítségével javítják az MRI képalkotást.
Mi az a hiperpolarizáció?
Kvantumskálán sok atomnak és molekulának van specifikus forog, ami azt jelenti, hogy atommagjaik vagy elektronjaik meghatározott módon mozoghatnak. Mágneses mező segítségével egy MRI készülék képes felvenni ezeknek a molekuláknak a spinjeit, hogy képet készítsen. A tudósok ezen keresztül szabályozhatják ezeknek a pörgéseknek az irányát polarizáció, ahol egy mágneses, vagy néha egy elektromos mező kényszeríti az atomokat, hogy bizonyos módon forogjanak. A hiperpolarizáció során az atomok szélsőséges irányban forognak, messze túllépve a normál mennyiséget. Ha az összes pörgés egy irányba van igazítva, az MRI még erősebb jellel képes észlelni az atomokat, ami nagyobb pontosságot és jobb felbontást tesz lehetővé.
A daganatok követése
Az összes pörgés igazításának folyamata és egy molekula bejuttatása hiperpolarizáció nehéz lehet. A folyamat megkönnyítése érdekében a kutatók a hidrogén speciális mágneses állapotát, az úgynevezett parahidrogént használták, hogy megpróbáljanak erősebb jelet létrehozni az MRI-készülék számára. A professzor szerint Franz Schilling a Müncheni Műszaki Egyetemen: „A parahidrogén a hidrogén egy speciális spinállapota, és alacsonyabb energiaállapotú, mint a hidrogén másik spinállapota, amely ortohidrogén.” Speciális spinállapota miatt a parahidrogént nagyon alacsony hőmérsékleten, folyékony nitrogén felhasználásával állítják elő.
A parahidrogén azonban kvantumdinamikája miatt nem mérhető MRI-készülékkel. Előidézheti azonban más molekulák hiperpolarizációját, fokozva a érzékenység az MRI vizsgálatról. Parahidrogén segítségével a kutatóknak sikerült hiperpolarizálniuk a piruvátot, a daganatok által termelt anyagcsereterméket. Az MRI-vizsgálat során a piruvát helyének nyomon követése során a kutatók megbecsülhették a rákos daganatok helyét. A parahidrogént és a stimulációt rádióhullámokkal kombinálva a kutatók képesek voltak hiperpolarizálni a piruvát szénatomját, és erősebb jelet láttak az MRI-vizsgálatban.
A rákos daganatok technikája
Mivel az eredmények egy hatékonyabb módszert sugalltak a rákos daganatok szűrésére, a kutatók bíznak abban, hogy ezt a módszert a jövőben is alkalmazni fogják. "A klinikai parahidrogén polarizátor biztonságos, robusztus és széles körben alkalmazható technikát kínál a nukleáris spin jelének fokozására, lehetővé téve a metabolikus képalkotást." Dr. Schilling tette hozzá. "A metabolikus képalkotás a rákkezelésre adott korai válasz értékelését és a rosszindulatú daganatos elváltozások korai felismerését ígéri." Ezekkel az eredményekkel egy kutatócsoport a hiperpolarizátor prototípusának megalkotásán dolgozik, amely elősegíti a hatékonyabb szűrések előkészítését, amelyek viszont több életet menthetnek meg.
Kenna Hughes-Castleberry az Inside Quantum Technology és a Science Communicator munkatársa a JILA-nál (a Colorado Boulder Egyetem és a NIST partnersége). Írási ütemei közé tartozik a mélytechnológia, a metaverzum és a kvantumtechnológia.
