By Kenna Hughes-Castleberry lagt ut 01. desember 2022
Nåværende teknologi som brukes til å oppdage og spore kreftsvulster er begrenset. MR (Magnetic Resonance Imaging) brukes vanligvis til å screene for ulike typer kreft, men det fanger ikke alltid opp alt. I følge en artikkel, rundt 58 % av MR-tolkninger av brystkreft kan overse minst én potensiell svulst. Selv om ikke alle skanningene leter etter svulster, forårsaker de som fortsatt er nok vaghet og feiltolkning til at pasienter kan bli bekymret. For å løse dette problemet har forskere ved det tekniske universitetet i München (TUM) jobber med å forbedre MR-avbildning ved å bruke en spesiell kvanteprosess kalt hyperpolarisering.
Hva er hyperpolarisering?
På en kvanteskala har mange atomer og molekyler spesifikke spinn, betyr at deres kjerner eller elektroner kan bevege seg på en bestemt måte. Ved hjelp av et magnetfelt kan en MR-maskin fange opp spinnene til disse molekylene for å lage et bilde. Forskere kan kontrollere retningen til disse spinnene via polarisering, hvor et magnetisk, eller noen ganger et elektrisk felt, tvinger atomene til å spinne på en bestemt måte. Ved hyperpolarisering spinner atomer i en ekstrem retning, langt utover en normal mengde. Hvis alle spinnene er justert i én retning, kan MR-en oppdage atomene med et enda sterkere signal, noe som gir mer nøyaktighet og bedre oppløsning.
Sporing av svulster
Prosessen med å faktisk justere alle spinnene og få inn et molekyl hyperpolarisering kan være vanskelig. For å gjøre prosessen enklere brukte forskerne en spesiell magnetisk tilstand av hydrogen, kalt parahydrogen, for å prøve å skape et sterkere signal for MR-maskinen. Ifølge professor Franz Schilling fra det tekniske universitetet i München: "parahydrogen er en spesiell spinntilstand av hydrogen og den er i en lavere energitilstand enn den andre spinntilstanden til hydrogen som er ortohydrogen." På grunn av sin spesielle spinntilstand produseres parahydrogen ved svært lave temperaturer ved bruk av flytende nitrogen.
Parahydrogen kan imidlertid ikke måles med en MR-maskin på grunn av kvantedynamikken. Det kan imidlertid forårsake hyperpolarisering av andre molekyler, noe som øker følsomhet av MR-skanningen. Ved å bruke parahydrogen var forskerne i stand til å hyperpolarisere pyruvat, et metabolsk produkt som svulster produserer. Ved å spore hvor pyruvat var i en MR-skanning, kunne forskerne estimere plasseringen av kreftsvulster. Ved å kombinere parahydrogen og stimulering med radiobølger, klarte forskerne å hyperpolarisere et karbonatom av pyruvat, og se et sterkere signal i MR-skanningen.
En teknikk for kreftsvulster
Siden resultatene antydet en mer effektiv metode for screening av kreftsvulster, håper forskerne at denne metoden vil bli brukt i fremtiden. "En klinisk parahydrogenpolarisator tilbyr potensielt en sikker, robust og allment anvendelig teknikk for å forbedre signalet om kjernefysisk spinn for å tillate metabolsk avbildning," Dr. Schilling la til. "Metabolisk avbildning lover vurdering av tidlig respons på terapi ved kreft og tidlig påvisning av pre-maligne kreftlesjoner." Med disse resultatene jobber et team av forskere med å lage en prototype av hyperpolarisatoren, som bidrar til å bane vei for mer effektive screeninger, som igjen kan redde flere liv.
Kenna Hughes-Castleberry er stabsskribent ved Inside Quantum Technology og Science Communicator ved JILA (et partnerskap mellom University of Colorado Boulder og NIST). Skriverytmene hennes inkluderer dypteknologi, metaverset og kvanteteknologi.
