Vallankumoukselliset kvanttianturit voisivat mahdollistaa syövän varhaisemman diagnosoinnin ja hoidon

Vallankumoukselliset kvanttianturit voisivat mahdollistaa syövän varhaisemman diagnosoinnin ja hoidon

Vallankumouksellinen kvanttitunnistinprojekti, joka voisi muuttaa syövän hoitoa seuraamalla immuunisolujen vuorovaikutusta kasvaimien kanssa, on saanut arvostetun 2 miljoonan punnan arvoisen Future Leaders Fellowship -apuohjelman.

UK Research and Innovationin rahoittama nelivuotinen apuraha keskittyy kriittiseen ongelmaan: immuunisolut epäonnistuvat usein kohtaaessaan syöpäkudoksen, koska kasvainympäristö häiritsee niiden aineenvaihduntaa. Uraauurtava hanke voisi mahdollistaa parempien, potilaalle räätälöityjen syöpähoitojen kehittämisen ja tarjota työkaluja syöpälääkkeiden aikaisempaan diagnosointiin ja arviointiin.

Tohtori Aldona Mzyk käyttää kvanttiantureita, laitteita, jotka käyttävät kvanttifysiikan ominaisuuksia havaitsemaan pieniä muutoksia ymmärtääkseen, miksi nykyiset syövän immuunihoidot toimivat joillekin potilaille, mutta eivät muille.

Kvanttisensorit voivat havaita elävien solujen molekyylimuutoksia poikkeuksellisen tarkasti ja mittaamalla muutoksia pituusasteikoissa, jotka ovat tuhansia kertoja pienempiä kuin ihmisen hiuksen leveys. Dr. Mzykin projektissa käytetään yhden elektronin pieniä antureita vapaiden radikaalien magneettisten signaalien tutkimiseen. Näillä erittäin reaktiivisilla molekyyleillä on ratkaiseva rooli solujen aineenvaihdunnassa ja sairauksien kehittymisessä.

Tutkimus käsittelee suurta haastetta syövän hoidossa. Vaikka laboratoriossa valmistetut immuunisolut, joita kutsutaan CAR-T-soluiksi, ovat onnistuneesti hoitaneet verisyöpää, kuten leukemiaa ja lymfoomaa, ne toimivat alle puolet ajasta kiinteisiin kasvaimiin, kuten rinta-, keuhko- tai paksusuolensyöpään. Tämä epäonnistuminen johtuu siitä, että syöpäkudos kuluttaa käytettävissä olevia resursseja ja tuottaa metaboliitteja, jotka aiheuttavat immuunisolujen toimintahäiriöitä.

Tohtori Aldona Mzyk työskentelee tällä hetkellä tutkijana Kööpenhaminan DTU:ssa ja liittyy Heriot-Wattin yliopiston fotoniikan ja kvanttitieteiden instituuttiin. Hän sanoi: "Maailmassa kuolee syöpään joka minuutti seitsemäntoista ihmistä. Tiedämme, että immuunisolujen epäonnistuminen johtuu niiden aineenvaihdunnan muutoksista, kun ne ovat vuorovaikutuksessa syöpäsolujen kanssa. Immuunisolujen suorituskyvyn parantamiseksi meidän on ymmärrettävä, kuinka näitä aineenvaihduntamuutoksia voidaan hallita seuraamalla solujen vapaiden radikaalien tuotantoa ja lähinnä vakoilemalla niiden käyttäytymistä. Tämä vaatii uskomattoman nopeat tunnistimet ja anturit."

Monitieteinen projekti yhdistää kvanttitunnistuksen optiseen spektroskopiaan ja mikrofluidikkaan luodakseen integroidun alustan, joka voi seurata solujen aineenvaihduntaa tuhansissa soluissa sekunneissa. Hanke on linjassa Ison-Britannian kansallisen kvanttiteknologiaohjelman ja tavoitteen kanssa varustaa NHS erittäin herkillä kvanttiantureilla.

Professori Cristian Bonato, Heriot-Wattin nanomittakaavan kvanttimittauslaitoksen päätutkija, sanoi: "Kvanttitunnistaminen muuttaa lääketieteellistä diagnostiikkaa, koska sen herkkyys yksittäisten molekyylien tasoon asti mahdollistaa taudin havaitsemisen varhaisessa vaiheessa, mikä johtaa usein parempiin hoitotuloksiin. Heriot-Wattissa kehitämme ennennäkemättömän tarkkoja magneettisensoreita. nanomateriaalien alat pienten biolääketieteellisen tutkimuksen kannalta olennaisten molekyylimäärien havaitsemiseen.

Stipendi Dr.

Cristian Bonato, johtava tutkija, Heriot-Watt University

Heriot-Wattin fotoniikan ja kvanttitieteiden instituutti on mukana neljässä viidestä kvanttitutkimuskeskuksesta, jotka Engineering and Physical Sciences Research Council (EPSRC) ilmoitti viime vuonna. Heriot-Watt johtaa Integrated Quantum Networks Hubia ja on mukana kvanttitutkimuksessa keskittyen tunnistus-, kuvantamis-, ajanmittaus- ja biolääketieteellisiin sovelluksiin.

Lähteet: