By Кенна Хьюз-Каслберрі опубліковано 01 грудня 2022 р
Сучасні технології, що використовуються для виявлення та відстеження ракових пухлин, обмежені. МРТ (Магнітно-резонансна томографія) зазвичай використовується для виявлення різних типів раку, але вона не завжди вловлює все. Згідно з одна стаття, приблизно 58% інтерпретацій МРТ раку молочної залози можуть не помітити принаймні одну потенційну пухлину. Хоча не всі сканування виявляють пухлини, ті, які є, все ж викликають достатньо розпливчастості та неправильного тлумачення, що пацієнти можуть хвилюватися. Щоб вирішити цю проблему, дослідники Мюнхенського технічного університету (TUM) працюють над покращенням МРТ-зображень за допомогою спеціального квантового процесу, який називається гіперполяризацією.
Що таке гіперполяризація?
У квантовому масштабі багато атомів і молекул мають специфічні обертається, тобто їх ядра або електрони можуть рухатися певним чином. Використовуючи магнітне поле, апарат МРТ може вловити оберти цих молекул, щоб зробити зображення. Вчені можуть контролювати напрямок цих обертів за допомогою поляризація, де магнітне або іноді електричне поле змушує атоми обертатися певним чином. При гіперполяризації атоми обертаються в екстремальному напрямку, що значно перевищує звичайну величину. Якщо всі оберти вирівняні в одному напрямку, МРТ може виявляти атоми з ще сильнішим сигналом, що забезпечує більшу точність і кращу роздільну здатність.
Відстеження пухлин
Процес фактичного вирівнювання всіх обертів і потрапляння молекули гіперполяризація може бути важко. Щоб полегшити процес, дослідники використали спеціальний магнітний стан водню, який називається параводнем, щоб спробувати створити сильніший сигнал для МРТ-апарата. За словами професора Франц Шиллінг Технічного університету Мюнхена: «параводень є особливим спіновим станом водню, і він знаходиться в нижчому енергетичному стані, ніж інший спіновий стан водню, яким є ортоводень». Завдяки особливому спіновому стану параводень виробляється при дуже низьких температурах за допомогою рідкого азоту.
Однак параводень неможливо виміряти апаратом МРТ через його квантову динаміку. Однак це може викликати гіперполяризацію інших молекул, посилюючи чутливість сканування МРТ. Використовуючи параводень, дослідники змогли гіперполяризувати піруват, метаболічний продукт, який виробляють пухлини. Відстежуючи, де був піруват на МРТ, дослідники могли оцінити розташування ракових пухлин. Поєднуючи параводень і стимуляцію з радіохвилями, дослідники змогли гіперполяризувати атом вуглецю пірувату, побачивши сильніший сигнал на МРТ.
Техніка лікування ракових пухлин
Оскільки результати запропонували більш ефективний метод скринінгу ракових пухлин, дослідники сподіваються, що цей метод буде використовуватися в майбутньому. «Клінічний параводневий поляризатор потенційно пропонує безпечну, надійну та широко застосовувану техніку для посилення сигналу ядерного обертання для метаболічного зображення», Доктор Шилінг додано. «Метаболічна візуалізація обіцяє оцінку ранньої відповіді на терапію раку та раннє виявлення передракових пухлин». Отримавши ці результати, команда дослідників працює над створенням прототипу гіперполяризатора, що допоможе прокласти шлях до більш ефективних скринінгів, які, у свою чергу, можуть врятувати більше життів.
Кенна Хьюз-Кастлберрі є штатним автором Inside Quantum Technology і науковим комунікатором JILA (партнерство між Університетом Колорадо в Боулдері та NIST). Її ритми написання включають глибинні технології, метавсесвіт і квантові технології.
