By Kenna Hughes-Castleberry objavljeno 01. decembra 2022
Trenutna tehnologija, ki se uporablja za odkrivanje in sledenje rakavim tumorjem, je omejena. MRI (slikanje z magnetno resonanco) se običajno uporablja za odkrivanje različnih vrst raka, vendar ne zajame vedno vsega. Po navedbah en članek, približno 58 % interpretacij MRI raka dojke lahko spregleda vsaj en potencialni tumor. Čeprav vsi pregledi ne iščejo tumorjev, tisti, ki jih, še vedno povzročajo dovolj nejasnosti in napačne razlage, da lahko bolniki postanejo zaskrbljeni. Da bi rešili to težavo, so raziskovalci na Tehnični univerzi v Münchnu (TUM) si prizadevajo izboljšati slikanje MRI z uporabo posebnega kvantnega procesa, imenovanega hiperpolarizacija.
Kaj je hiperpolarizacija?
Na kvantnem nivoju imajo številni atomi in molekule specifične vrti, kar pomeni, da se lahko njihova jedra ali elektroni premikajo na določen način. S pomočjo magnetnega polja lahko naprava MRI zazna vrtljaje teh molekul, da naredi sliko. Znanstveniki lahko nadzorujejo smer teh vrtljajev prek polarizacija, kjer magnetno ali včasih električno polje prisili atome, da se vrtijo na določen način. Pri hiperpolarizaciji se atomi vrtijo v skrajni smeri, daleč od normalne količine. Če so vsi vrtljaji poravnani v eno smer, lahko MRI zazna atome s še močnejšim signalom, kar omogoča večjo natančnost in boljšo ločljivost.
Sledenje tumorjem
Postopek dejanskega usklajevanja vseh vrtljajev in vstopa molekule hiperpolarizacija je lahko težko. Da bi olajšali postopek, so raziskovalci uporabili posebno magnetno stanje vodika, imenovano paravodik, da bi poskušali ustvariti močnejši signal za napravo MRI. Po mnenju prof Franz Schilling Tehnične univerze v Münchnu: "paravodik je posebno spinsko stanje vodika in je v nižjem energijskem stanju kot drugo spinsko stanje vodika, ki je ortovodik." Zaradi posebnega spinalnega stanja se paravodikov proizvaja pri zelo nizkih temperaturah z uporabo tekočega dušika.
Vendar pa paravodika zaradi njegove kvantne dinamike ni mogoče izmeriti z napravo MRI. Lahko pa povzroči hiperpolarizacijo drugih molekul, kar poveča občutljivost MRI skeniranja. Z uporabo parahidrogena so raziskovalci lahko hiperpolarizirali piruvat, presnovni produkt, ki ga proizvajajo tumorji. Pri sledenju, kje je bil piruvat v slikanju MRI, so lahko raziskovalci ocenili lokacijo rakavih tumorjev. S kombinacijo paravodika in stimulacije z radijskimi valovi so raziskovalci lahko hiperpolarizirali atom ogljika piruvata in videli močnejši signal na MRI skeniranju.
Tehnika za rakave tumorje
Ker rezultati kažejo na učinkovitejšo metodo za odkrivanje rakavih tumorjev, raziskovalci upajo, da se bo ta metoda uporabljala v prihodnosti. "Klinični paravodikov polarizator potencialno ponuja varno, robustno in široko uporabno tehniko za izboljšanje signala jedrskega vrtenja, da se omogoči presnovno slikanje," Dr. Schilling dodano. "Presnovno slikanje obljublja oceno zgodnjega odziva na zdravljenje raka in zgodnje odkrivanje predmalignih rakavih lezij." S temi rezultati skupina raziskovalcev dela na izdelavi prototipa hiperpolarizatorja, ki bo pomagal utreti pot učinkovitejšim pregledom, kar bo lahko rešilo več življenj.
Kenna Hughes-Castleberry je zaposlena pisateljica pri Inside Quantum Technology in znanstveni komunikator pri JILA (partnerstvo med Univerzo Colorado Boulder in NIST). Njeni utripi pisanja vključujejo globoko tehnologijo, metaverzum in kvantno tehnologijo.
