By Кенна Хьюз-Кастлберри опубликовано 01 дек 2022
Современные технологии, используемые для обнаружения и отслеживания раковых опухолей, ограничены. МРТ (Магнитно-резонансная томография) обычно используется для скрининга различных видов рака, но она не всегда улавливает все. Согласно с одна статья, около 58% интерпретаций МРТ рака молочной железы могут упустить как минимум одну потенциальную опухоль. Хотя не все сканирования выявляют опухоли, те, которые все еще вызывают достаточно неясности и неправильного толкования, вызывают беспокойство у пациентов. Чтобы решить эту проблему, исследователи Мюнхенского технического университета (ТУМ) работают над улучшением изображений МРТ с помощью специального квантового процесса, называемого гиперполяризацией.
Что такое гиперполяризация?
В квантовом масштабе многие атомы и молекулы имеют специфические спины, это означает, что их ядра или электроны могут двигаться определенным образом. Используя магнитное поле, аппарат МРТ может улавливать спины этих молекул, чтобы сделать изображение. Ученые могут контролировать направление этих вращений с помощью поляризация, где магнитное, а иногда и электрическое поле заставляет атомы вращаться определенным образом. При гиперполяризации атомы вращаются в экстремальном направлении, значительно превышающем нормальную величину. Если все спины выровнены в одном направлении, МРТ может обнаруживать атомы с еще более сильным сигналом, что обеспечивает большую точность и лучшее разрешение.
Отслеживание опухолей
Процесс фактического выравнивания всех спинов и попадания молекулы в гиперполяризации может быть сложно. Чтобы упростить процесс, исследователи использовали особое магнитное состояние водорода, называемое параводородом, чтобы попытаться создать более сильный сигнал для аппарата МРТ. По словам профессора Франц Шиллинг Мюнхенского технического университета: «параводород — это особое спиновое состояние водорода, и он находится в более низком энергетическом состоянии, чем другое спиновое состояние водорода — ортоводород». Из-за своего особого спинового состояния параводород производится при очень низких температурах с использованием жидкого азота.
Однако параводород не может быть измерен с помощью аппарата МРТ из-за его квантовой динамики. Однако он может вызывать гиперполяризацию других молекул, усиливая чувствительность МРТ сканирования. Используя параводород, исследователи смогли гиперполяризовать пируват, продукт метаболизма, который производят опухоли. Отслеживая местонахождение пирувата на МРТ, исследователи могли определить местонахождение раковых опухолей. Комбинируя параводород и стимуляцию радиоволнами, исследователи смогли гиперполяризовать атом углерода пирувата, увидев более сильный сигнал на МРТ.
Техника для раковых опухолей
Поскольку результаты показали более эффективный метод скрининга раковых опухолей, исследователи надеются, что этот метод будет использоваться в будущем. «Клинический поляризатор параводорода потенциально предлагает безопасный, надежный и широко применимый метод усиления сигнала ядерного спина для обеспечения метаболической визуализации». Доктор Шиллинг добавлен. «Метаболическая визуализация обещает оценку раннего ответа на терапию при раке и раннее выявление предраковых раковых поражений». Получив эти результаты, группа исследователей работает над созданием прототипа гиперполяризатора, помогая проложить путь к более эффективному скринингу, который, в свою очередь, может спасти больше жизней.
Кенна Хьюз-Кастлберри — штатный писатель Inside Quantum Technology и научный коммуникатор JILA (партнерство между Колорадским университетом в Боулдере и NIST). Ее писательские приемы включают в себя глубокие технологии, метавселенную и квантовые технологии.
