量子物理学は癌性腫瘍の検出に役立つか?

癌性腫瘍の検出と追跡に使用される現在の技術は限られています。 MRI検査 (Magnetic Resonance Imaging) は通常、さまざまな種類のがんのスクリーニングに使用されますが、常にすべてを検出できるわけではありません。 によると 一つの記事、 乳がんの MRI 解釈の約 58% は、少なくとも XNUMX つの潜在的な腫瘍を見落としている可能性があります。 すべてのスキャンが腫瘍を探しているわけではありませんが、依然として十分なあいまいさと誤解を引き起こし、患者が心配する可能性があります. この問題を解決するために、ミュンヘン工科大学の研究者 (TUM) は、過分極と呼ばれる特別な量子プロセスを使用して MRI イメージングを改善するために取り組んでいます。

過分極とは何ですか？

量子スケールでは、多くの原子と分子は特定の スピン、 つまり、原子核または電子が特定の方法で移動する可能性があります。 MRI 装置は、磁場を使用してこれらの分子のスピンを検出し、画像を作成します。 科学者は、これらのスピンの方向を次の方法で制御できます。 分極、 磁気、または場合によっては電場が原子を特定の方向に回転させます。 過分極では、原子は極端な方向にスピンし、通常の量をはるかに超えます。 すべてのスピンが一方向に整列している場合、MRI はさらに強い信号で原子を検出できるため、精度と分解能が向上します。

腫瘍の追跡

実際にすべてのスピンを整列させ、分子を 過分極 困難な場合があります。 プロセスを簡単にするために、研究者はパラ水素と呼ばれる水素の特別な磁気状態を使用して、MRI 装置により強い信号を生成しようと試みました。 教授によると フランツ・シリング ミュンヘン工科大学の教授: 「パラ水素は水素の特別なスピン状態であり、オルト水素である水素の他のスピン状態よりも低いエネルギー状態にあります。」 その特別なスピン状態のために、パラ水素は液体窒素を使用して非常に低い温度で生成されます。

しかし、パラ水素は量子ダイナミクスのため、MRI 装置では測定できません。 ただし、他の分子の過分極を引き起こし、 感度 MRIスキャンの。 研究者らは、パラ水素を使用して、腫瘍が産生する代謝産物であるピルビン酸を過分極化することができました。 MRIスキャンでピルビン酸がどこにあったかを追跡することで、研究者は癌性腫瘍の位置を推定することができました. パラ水素と電波による刺激を組み合わせることで、研究者はピルビン酸の炭素原子を過分極させることができ、MRI スキャンでより強い信号を確認しました。

癌性腫瘍のための技術

結果は、癌性腫瘍スクリーニングのためのより効果的な方法を示唆しているため、研究者はこの方法が将来使用されることを期待しています. 「臨床用パラ水素偏光子は、核スピンの信号を増強して代謝イメージングを可能にする、安全で堅牢で広く適用可能な技術を提供する可能性があります。」 シリング博士 追加した。 「代謝イメージングは​​、がんの治療に対する早期反応の評価と、前悪性のがん病変の早期発見を約束します。」 これらの結果を基に、研究チームはハイパーポラライザーのプロトタイプの作成に取り組んでおり、より効果的なスクリーニングへの道を開き、より多くの命を救う可能性があります。

Kenna Hughes-Castleberry は、Inside Quantum Technology のスタッフ ライターであり、JILA (コロラド大学ボルダー校と NIST のパートナーシップ) のサイエンス コミュニケーターです。 彼女の執筆活動には、ディープ テクノロジー、メタバース、量子テクノロジーが含まれます。