כימאים מתכננים בדיקה כימית לזיהוי שינויי טמפרטורות דקות בגוף

Share on facebook
Share on twitter
Share on linkedin
Share on telegram
Share on whatsapp
Share on email
פרסומת
תכנון תשתיות רפואיות


הטכניקה הלא פולשנית מצילת חיים הידועה בשם הדמיית תהודה מגנטית פועלת על ידי יישור אטומי מימן בשדה מגנטי חזק ופעימות גלי תדר רדיו כדי להמיר את התגובה של אותם אטומים לתמונה.

תחום המוצא של MRI, אפשר לטעון, הוא כימיה – MRI פועל על ידי ניצול התכונות המגנטיות הטבועות של אטומים בודדים. מה אם במקום רק ליצור תמונות, מכונת MRI תוכל לחלץ מידע מפורט על כִּימִיָה של הגוף – נניח, רמות ה-pH בקרבת גידול, או חריגות הטמפרטורה המתרחשות סביב פציעה? מה אם ניתן היה ליישם את העקרונות הפיזיקליים של הדמיה מגנטית על כל מיני שינויים כימיים, עד לרמת האטומים והמולקולות, ויוכלו לתת לנו תובנות חדשות שאין שני להן לגבי בריאות האדם ומחלות?

שאלות ה"מה אם" הללו מניעות את עבודתו של עוזר פרופסור במחלקה לכימיה יוסף זדרוזני וצוות הסטודנטים והחוקרים שלו. כימאי אי-אורגני שעומד על הגבול בין כימיה לפיזיקה קוונטית, זדרוזני בנה מעבדה באוניברסיטת קולורדו סטייט שמטרתה העיקרית היא לתכנן מולקולות המאפשרות להדמיית תהודה מגנטית לעשות דברים שהיא לא יכולה כרגע. תוך כדי כך, החוקרים חושפים תובנות בסיסיות לגבי האופן שבו התכונות המגנטיות של מולקולות המכילות יוני מתכת מגיבות לסביבותיהן, בין אם זה אומר שינויים קטנים ביותר בטמפרטורה, ב-pH או במדדים אחרים.

"אנחנו חיים, נושמים, מדברים בכורים כימיים", אמר זדרוזני. "אם היית יכול לדמיין את הכימיה הזו, היא הייתה ממש חזקה."

גרעין שמתנהג כמו אלקטרון

בפריצת דרך לקראת המטרה שלהם לייצר בדיקות הדמיה מגנטיות חדשות עם רגישות לטמפרטורה קיצונית, הצוות של זדרוזני פרסם מאמר ב- כתב העת של האגודה האמריקנית לכימיה שמתאר מולקולה מבוססת קובלט שהם הנדסו להיות מדחום כימי לא פולשני. הם השתמשו במומחיות שלהם בתכנון מולקולרי כדי להפוך את הספין הגרעיני של קומפלקס הקובלט – סוס עבודה, תכונה מגנטית בסיסית – לחקות את הרגישות הזריזה אך הפחות יציבה של ספין של האלקטרון. "ספין" הוא מה שנותן לחלקיקים תת-אטומיים את המגנטיות שלהם.

על ידי כך שגרעין הקובלט יפעל למעשה כמו אלקטרון, הם הראו שתסביך הקובלט המיוחד הזה יוכל יום אחד להוות בסיס לבדיקת הדמיה מולקולרית רבת עוצמה שיכולה לקרוא שינויי טמפרטורה עדינים ביותר בתוך הגוף. הדמיון יכול להשתולל כיצד ניתן להשתמש בתופעה הזו: רופאים יכלו לזהות את שינויי הטמפרטורה הקטנים ביותר סביב גידול שעדיין אינו נראה. הליך אבלציה תרמית במשרד יכול לקבל דיוק ברמה המולקולרית, להרוג רקמות חולות תוך הימנעות מרקמה בריאה.

יצירת בדיקה חישת טמפרטורה עם חומר הקובלט, שבמשרדו של רופא עשוי יום אחד להזריק או לבלוע כדי להעביר אותות טמפרטורה מהגוף, תנצל את המגנטיות הניתנת לשליטה של ​​גרעין. תהיה לו גם התכונה הרצויה של קריאת מידע באמצעות גלי רדיו, שהם בטוחים לגוף האדם או החיה. בדיקה מגנטית כזו תעבוד גם בטמפרטורת החדר, חוזים החוקרים.

השימוש בתכונות המגנטיות של אלקטרונים מסתובבים – תחום מחקר פופולרי עבור פיזיקאים המנסים לייצר מחשבים קוונטיים – פחות אידיאלי להדמיה ביו-רפואית. סיבה אחת: ניצול המגנטיות של אלקטרונים מצריך גלי מיקרו, שהם מסוכנים לבני אדם (תארו לעצמכם שצריך לחמם במיקרוגל כדי לקבל MRI). גם בדיקות מבוססות אלקטרונים כאלה לא יעבדו בטמפרטורת החדר – הן יצטרכו להיות הרבה יותר קרות.

ניסויי תהודה מגנטית גרעינית

כדי להפעיל את הניסויים שלהם, הצוות של זדרוזני בראשות החוקר הפוסט-דוקטורט Ökten Üngör עיצב את מולקולת הקובלט ובדק את רגישות הטמפרטורה שלה באמצעות ספקטרומטר תהודה מגנטית גרעינית של 500 מגה-הרץ הממוקם בליבת המשאבים האנליטיים של CSU. ה-ARC הוא סגן נשיא למתקן משותף בניהול מחקר הממוקם בבניין הכימיה, המאפשר לחוקרים ברחבי הקמפוס לבצע מחקר באמצעות מכשור אנליטי חדשני.

"הראינו, באמצעות ניסויי תהודה מגנטית גרעינית, שהרגישות עלתה על מולקולות דומות בסדרי גודל", אמר אונגור.

מגוון רחב של יישומים עשוי להכיל מולקולת הקובלט של החוקרים. "הכימיה סביב אטום הקובלט ניתנת להתאמה גבוהה, ואנחנו יכולים לשלוט בה במידה גבוהה", אמר אונגור. "לא רק שהעבודה הזו מראה הבטחה בתחום הרפואי, אלא שהצעדים והתיאוריה הבסיסיים עשויים להוביל לצעדים קדימה בתחום המחשוב הקוונטי. אנו עשויים למצוא אפילו יותר יישומים ככל שנמשיך במחקר שלנו".

בשלב הבא, הצוות עשוי לחקור תכנון משופר של בדיקת ההדמיה המבוססת על קובלט כדי להפוך אותו ליציב יותר בתמיסה מימית. לעת עתה, הרגישות לטמפרטורה של החומר מדהימה, אך המולקולה אינה חזקה מספיק כדי לשרוד בגוף לאורך זמן, מה שיהיה הכרחי ביישום רפואי.

מקור הסיפור:

חומרים המסופק על ידי אוניברסיטת קולורדו סטייט. מקור נכתב על ידי אן מאנינג. הערה: ניתן לערוך את התוכן לפי הסגנון והאורך.



קישור לכתבת המקור – 2022-06-06 20:44:18

Share on facebook
Facebook
Share on twitter
Twitter
Share on linkedin
LinkedIn
Share on telegram
Telegram
Share on whatsapp
WhatsApp
Share on email
Email
פרסומת
תכנון תשתיות רפואיות

עוד מתחומי האתר