By Kenna Hughes-Castleberry postat 01 december 2022
Nuvarande teknik som används för att upptäcka och spåra cancertumörer är begränsad. MRT (Magnetic Resonance Imaging) används vanligtvis för att screena för olika typer av cancer, men det fångar inte alltid upp allt. Enligt en artikel, cirka 58 % av MRI-tolkningarna av bröstcancer kan förbise åtminstone en potentiell tumör. Även om inte alla skanningar letar efter tumörer, orsakar de som fortfarande är tillräckligt otydliga och feltolkningar att patienter kan bli oroliga. För att lösa detta problem har forskare vid Münchens tekniska universitet (TUM) arbetar för att förbättra MRT-avbildning genom att använda en speciell kvantprocess som kallas hyperpolarisering.
Vad är hyperpolarisering?
På en kvantskala har många atomer och molekyler specifika snurrar, vilket betyder att deras kärnor eller elektroner kan röra sig på ett specifikt sätt. Med hjälp av ett magnetfält kan en MRI-maskin fånga upp snurrarna av dessa molekyler för att göra en bild. Forskare kan styra riktningen för dessa snurr via polarisering, där ett magnetiskt, eller ibland ett elektriskt fält tvingar atomerna att snurra på ett visst sätt. Vid hyperpolarisering snurrar atomer i en extrem riktning, långt över en normal mängd. Om alla snurr är justerade i en riktning kan MRI detektera atomerna med en ännu starkare signal, vilket möjliggör mer noggrannhet och bättre upplösning.
Spåra tumörer
Processen att faktiskt anpassa alla snurr och få in en molekyl hyperpolarisering kan vara svårt. För att göra processen enklare använde forskarna ett speciellt magnetiskt tillstånd av väte, kallat parahydrogen, för att försöka skapa en starkare signal för MRI-maskinen. Enligt professor Franz Schilling från Tekniska universitetet i München: "paraväte är ett speciellt spinntillstånd av väte och det är i ett lägre energitillstånd än det andra spinntillståndet för väte som är ortoväte." På grund av sitt speciella spinntillstånd produceras paraväte vid mycket låga temperaturer med hjälp av flytande kväve.
Paraväte kan dock inte mätas med en MRI-maskin på grund av dess kvantdynamik. Det kan dock orsaka hyperpolarisering av andra molekyler, vilket ökar känslighet av MR-undersökningen. Med hjälp av paraväte kunde forskarna hyperpolarisera pyruvat, en metabolisk produkt som tumörer producerar. Vid spårning av var pyruvat var i en MR-skanning kunde forskarna uppskatta platsen för cancertumörer. Genom att kombinera paraväte och stimulering med radiovågor kunde forskarna hyperpolarisera en kolatom av pyruvat och se en starkare signal i MRI-skanningen.
En teknik för cancertumörer
Eftersom resultaten antydde en mer effektiv metod för screening av cancertumörer hoppas forskarna att denna metod kommer att användas i framtiden. "En klinisk paravätepolarisator erbjuder potentiellt en säker, robust och allmänt användbar teknik för att förstärka signalen om kärnspinn för att möjliggöra metabolisk avbildning," Dr Schilling Lagt till. "Metabolisk avbildning lovar bedömning av tidig respons på terapi vid cancer och tidig upptäckt av premaligna cancerskador." Med dessa resultat arbetar ett team av forskare med att skapa en prototyp av hyperpolarisatorn, som hjälper till att bana väg för effektivare screeningar, vilket i sin tur kan rädda fler liv.
Kenna Hughes-Castleberry är personalskribent på Inside Quantum Technology och Science Communicator vid JILA (ett partnerskap mellan University of Colorado Boulder och NIST). Hennes skrivbeats inkluderar djupteknologi, metaversen och kvantteknologi.
