Kunstige atomer tillader magnetisk resonans på individuelle celler

Forskere fra Institute of Photonic Sciences (ICFO), i samarbejde med CSIC og Macquarie University i Australien, har udviklet en ny teknik, ligner MR, men med en meget højere opløsning og følsomhed, som har evnen til at scanne individuelle celler.

I en artikel offentliggjort i Natur nanoteknologi , og fremhævet af Natur , ICFO prof. Romain Quidant forklarer, hvordan dette blev opnået ved hjælp af kunstige atomer, diamantnanopartikler doteret med nitrogenurenhed, at sondere meget svage magnetiske felter som dem, der genereres i nogle biologiske molekyler.

Den konventionelle MR registrerer de magnetiske felter af atomkerner i vores kroppe, som tidligere er blevet exciteret af et eksternt elektromagnetisk felt. Den kollektive respons fra alle disse atomer gør det muligt at diagnosticere og overvåge udviklingen af ​​visse sygdomme. Imidlertid, denne konventionelle teknik har en diagnostisk opløsning på en millimetrisk skala. Mindre genstande giver ikke nok signal til at blive målt.

Den innovative teknik foreslået af gruppen ledet af Dr. Quidant forbedrer opløsningen markant på nanometerskalaen (næsten en million gange mindre end millimeteren), gør det muligt at måle meget svage magnetfelter, som dem, der er skabt af proteiner. "Vores tilgang åbner døren for udførelsen af ​​magnetiske resonanser på isolerede celler, hvilket vil tilbyde nye informationskilder og give os mulighed for bedre at forstå de intracellulære processer, muliggør ikke-invasiv diagnose, " forklarer Michael Geiselmann, ICFO-forsker, der udførte forsøget. Indtil nu, det har kun været muligt at nå denne beslutning i laboratoriet, ved hjælp af individuelle atomer ved temperaturer tæt på det absolutte nulpunkt.

Individuelle atomer er strukturer, der er meget følsomme over for deres miljø, med en stor evne til at detektere nærliggende elektromagnetiske felter. Udfordringen med disse atomer er, at de er så små og flygtige, at for at blive manipuleret, de skal afkøles til temperaturer nær det absolutte nulpunkt. Denne komplekse proces kræver et miljø, der er så restriktivt, at det gør individuelle atomer ulevedygtige til potentielle medicinske anvendelser. Kunstige atomer brugt af Quidant og hans team er dannet af en nitrogenurenhed fanget i en lille diamantkrystal. "Denne urenhed har samme følsomhed som et individuelt atom, men er meget stabil ved stuetemperatur på grund af dens indkapsling. Denne diamantskal giver os mulighed for at håndtere nitrogenurenheden i et biologisk miljø og, derfor, sætter os i stand til at scanne celler", argumenterer Dr. Quidant.

For at fange og manipulere disse kunstige atomer, forskere bruger laserlys. Laseren fungerer som en pincet, fører atomerne over objektets overflade til at studere og udtrække information fra dets små magnetfelter.

Fremkomsten af ​​denne nye teknik kan revolutionere området for medicinsk billeddannelse, giver mulighed for væsentligt højere følsomhed i klinisk analyse, en forbedret kapacitet til tidlig opdagelse af sygdomme, og dermed større sandsynlighed for vellykket behandling.