Revolutionäre Quantensensoren könnten eine frühere Krebsdiagnose und -behandlung ermöglichen

Revolutionäre Quantensensoren könnten eine frühere Krebsdiagnose und -behandlung ermöglichen

Ein revolutionäres Quantensensorprojekt, das die Krebsbehandlung verändern könnte, indem es verfolgt, wie Immunzellen mit Tumoren interagieren, wurde mit einem prestigeträchtigen Future Leaders Fellowship im Wert von 2 Millionen Pfund ausgezeichnet.

Das vierjährige Stipendium, das von UK Research and Innovation finanziert wird, konzentriert sich auf ein kritisches Problem: Immunzellen versagen oft, wenn sie auf Krebsgewebe treffen, weil die Tumorumgebung ihren Stoffwechsel stört. Das bahnbrechende Projekt könnte die Entwicklung verbesserter, auf den Patienten zugeschnittener Krebstherapien ermöglichen und Werkzeuge für eine frühere Diagnose und Bewertung von Krebsmedikamenten bereitstellen.

Dr. Aldona Mzyk wird Quantensensoren verwenden, Geräte, die die Eigenschaften der Quantenphysik nutzen, um winzige Veränderungen zu erkennen, um zu verstehen, warum aktuelle Krebsimmuntherapien bei einigen Patienten funktionieren, bei anderen jedoch nicht.

Quantensensoren können molekulare Veränderungen in lebenden Zellen mit außergewöhnlicher Präzision erkennen und Veränderungen auf Längenskalen messen, die tausende Male kleiner sind als die Breite eines menschlichen Haares. Dr. Mzyks Projekt wird Sensoren verwenden, die so klein wie ein einzelnes Elektron sind, um magnetische Signale von freien Radikalen zu untersuchen. Diese hochreaktiven Moleküle spielen eine entscheidende Rolle im Zellstoffwechsel und bei der Krankheitsentstehung.

Die Forschung befasst sich mit einer großen Herausforderung in der Krebsbehandlung. Während im Labor hergestellte Immunzellen, sogenannte CAR-T-Zellen, Blutkrebs wie Leukämie und Lymphome erfolgreich behandelt haben, wirken sie in weniger als der Hälfte der Fälle bei soliden Tumoren wie Brust-, Lungen- oder Darmkrebs. Dieses Versagen tritt auf, weil Krebsgewebe verfügbare Ressourcen verbraucht und Metaboliten produziert, die zu Fehlfunktionen der Immunzellen führen.

Dr. Aldona Mzyk ist derzeit Forscherin an der DTU in Kopenhagen und wird dem Institut für Photonik und Quantenwissenschaften der Heriot-Watt-Universität beitreten. Sie sagte: „Jede Minute sterben siebzehn Menschen auf der Welt an Krebs. Wir wissen, dass das Versagen von Immunzellen auf Veränderungen in ihrem Stoffwechsel zurückzuführen ist, wenn sie mit Krebszellen interagieren. Um die Leistung von Immunzellen zu verbessern, müssen wir verstehen, wie wir diese Stoffwechselveränderungen kontrollieren können, indem wir die Produktion freier Radikale in den Zellen überwachen und im Wesentlichen ihr Verhalten ausspionieren. Dies erfordert unglaublich schnelle und präzise Erkennungsmethoden, die Quantensensoren zum ersten Mal bereitstellen können.“

Das multidisziplinäre Projekt wird Quantensensorik mit optischer Spektroskopie und Mikrofluidik kombinieren, um eine integrierte Plattform zu schaffen, die den Zellstoffwechsel in Tausenden von Zellen innerhalb von Sekunden verfolgen kann. Das Projekt steht im Einklang mit dem britischen National Quantum Technology Program und dem Ziel, den NHS mit hochempfindlichen Quantensensoren auszustatten.

Professor Cristian Bonato, Hauptforscher der nanoskaligen Quantensensoranlage von Heriot-Watt, sagte: „Die Quantensensorik verändert die medizinische Diagnostik, da ihre Empfindlichkeit bis hin zur Ebene einzelner Moleküle es uns ermöglicht, Krankheiten frühzeitig zu erkennen, was häufig zu besseren Behandlungsergebnissen führt. Bei Heriot-Watt entwickeln wir Quantensensoren, die eine beispiellose Präzision erreichen, von der Abbildung magnetischer Felder in Nanomaterialien bis hin zur Erkennung kleiner Mengen von Molekülen, die für die biomedizinische Forschung relevant sind.“

Das Stipendium von Dr.

Cristian Bonato, Hauptforscher, Heriot-Watt University

Das Institut für Photonik und Quantenwissenschaften bei Heriot-Watt ist an vier der fünf Quantenforschungszentren beteiligt, die letztes Jahr vom Engineering and Physical Sciences Research Council (EPSRC) angekündigt wurden. Heriot-Watt leitet den Integrated Quantum Networks Hub und beteiligt sich an der Quantenforschung mit den Schwerpunkten Sensorik, Bildgebung, Zeitmessung und biomedizinische Anwendungen.

Quellen: