By Kenna Hughes-Castleberry pubblicato il 01 dicembre 2022
L'attuale tecnologia utilizzata per rilevare e monitorare i tumori cancerosi è limitata. MRI (Magnetic Resonance Imaging) viene solitamente utilizzato per lo screening di diversi tipi di cancro, ma non sempre cattura tutto. Secondo un articolo, circa il 58% delle interpretazioni MRI del cancro al seno può trascurare almeno un potenziale tumore. Sebbene non tutte le scansioni cerchino tumori, quelle che lo sono ancora causano abbastanza vaghezza e interpretazioni errate che i pazienti possono preoccuparsi. Per risolvere questo problema, i ricercatori dell'Università tecnica di Monaco (TUM) stanno lavorando per migliorare l'imaging MRI utilizzando uno speciale processo quantistico chiamato iperpolarizzazione.
Cos'è l'iperpolarizzazione?
Su scala quantistica, molti atomi e molecole hanno specifiche gira, il che significa che i loro nuclei o elettroni possono muoversi in un modo specifico. Utilizzando un campo magnetico, una macchina per risonanza magnetica può rilevare gli spin di queste molecole per creare un'immagine. Gli scienziati possono controllare la direzione di queste rotazioni tramite polarizzazione, dove un campo magnetico, o talvolta un campo elettrico, costringe gli atomi a ruotare in un certo modo. Nell'iperpolarizzazione, gli atomi ruotano in una direzione estrema, ben oltre una quantità normale. Se tutti gli spin sono allineati in una direzione, la risonanza magnetica può rilevare gli atomi con un segnale ancora più forte, consentendo una maggiore precisione e una migliore risoluzione.
Monitoraggio dei tumori
Il processo di allineamento effettivo di tutti gli spin e l'inserimento di una molecola iperpolarizzazione può essere difficile. Per semplificare il processo, i ricercatori hanno utilizzato uno speciale stato magnetico dell'idrogeno, chiamato paraidrogeno, per cercare di creare un segnale più forte per la macchina per la risonanza magnetica. Secondo il professore Franz Schilling dell'Università tecnica di Monaco: "il paraidrogeno è uno stato di spin speciale dell'idrogeno ed è in uno stato energetico inferiore rispetto all'altro stato di spin dell'idrogeno che è l'ortoidrogeno". A causa del suo speciale stato di rotazione, il paraidrogeno viene prodotto a temperature molto basse utilizzando azoto liquido.
Tuttavia, il paraidrogeno non può essere misurato da una macchina MRI a causa della sua dinamica quantistica. Può, tuttavia, causare l'iperpolarizzazione di altre molecole, aumentando la sensibilità della scansione MRI. Usando il paraidrogeno, i ricercatori sono stati in grado di iperpolarizzare il piruvato, un prodotto metabolico prodotto dai tumori. Nel tracciare dove si trovava il piruvato in una risonanza magnetica, i ricercatori hanno potuto stimare la posizione dei tumori cancerosi. Combinando il paraidrogeno e la stimolazione con le onde radio, i ricercatori sono stati in grado di iperpolarizzare un atomo di carbonio di piruvato, vedendo un segnale più forte nella scansione MRI.
Una tecnica per i tumori cancerosi
Poiché i risultati hanno suggerito un metodo più efficace per gli screening dei tumori cancerosi, i ricercatori sperano che questo metodo venga utilizzato in futuro. "Un polarizzatore paraidrogeno clinico offre potenzialmente una tecnica sicura, robusta e ampiamente applicabile per migliorare il segnale dello spin nucleare per consentire l'imaging metabolico", Dottor Schilling aggiunto. "L'imaging metabolico promette la valutazione della risposta precoce alla terapia nel cancro e la diagnosi precoce delle lesioni cancerose pre-maligne". Con questi risultati, un team di ricercatori sta lavorando per creare un prototipo dell'iperpolarizzatore, contribuendo a spianare la strada a screening più efficaci, che a loro volta potrebbero salvare più vite.
Kenna Hughes-Castleberry è una scrittrice presso Inside Quantum Technology e Science Communicator presso JILA (una partnership tra l'Università del Colorado Boulder e il NIST). I suoi ritmi di scrittura includono la tecnologia profonda, il metaverso e la tecnologia quantistica.
