Revolutionära kvantsensorer skulle kunna möjliggöra tidigare cancerdiagnostik och behandling

Revolutionära kvantsensorer skulle kunna möjliggöra tidigare cancerdiagnostik och behandling

Ett revolutionerande kvantavkänningsprojekt som kan transformera cancerbehandling genom att spåra hur immunceller interagerar med tumörer har tilldelats ett prestigefyllt Future Leaders Fellowship värt 2 miljoner pund.

Det fyraåriga anslaget, finansierat av UK Research and Innovation, fokuserar på ett kritiskt problem: immunceller misslyckas ofta när de stöter på cancervävnad eftersom tumörmiljön stör deras ämnesomsättning. Det banbrytande projektet skulle kunna möjliggöra utvecklingen av förbättrade, patientanpassade cancerterapier och tillhandahålla verktyg för tidigare diagnos och utvärdering av cancerläkemedel.

Dr. Aldona Mzyk kommer att använda kvantsensorer, enheter som använder kvantfysikens egenskaper för att upptäcka små förändringar, för att förstå varför nuvarande cancerimmunterapier fungerar för vissa patienter men inte andra.

Kvantsensorer kan upptäcka molekylära förändringar i levande celler med extraordinär precision, och mäter förändringar på längdskalor som är tusentals gånger mindre än bredden på ett människohår. Dr. Mzyks projekt kommer att använda sensorer så små som en enda elektron för att studera magnetiska signaler från fria radikaler. Dessa mycket reaktiva molekyler spelar en avgörande roll i cellmetabolism och sjukdomsutveckling.

Forskningen tar upp en stor utmaning inom cancerbehandling. Medan labbtillverkade immunceller som kallas CAR-T-celler framgångsrikt har behandlat blodcancer som leukemi och lymfom, arbetar de mindre än hälften av tiden på solida tumörer som bröst-, lung- eller tjocktarmscancer. Detta misslyckande uppstår eftersom cancervävnad förbrukar tillgängliga resurser och producerar metaboliter som gör att immunceller inte fungerar.

Dr. Aldona Mzyk är för närvarande forskare vid DTU i Köpenhamn och kommer att ansluta sig till Institute of Photonics and Quantum Sciences vid Heriot-Watt University. Hon sa: "Varje minut dör sjutton människor i världen av cancer. Vi vet att immuncellers misslyckande beror på förändringar i deras ämnesomsättning när de interagerar med cancerceller. För att förbättra prestandan hos immunceller måste vi förstå hur man kontrollerar dessa metabola förändringar genom att övervaka produktionen av fria radikaler i cellerna och i huvudsak spionera på deras beteende, vilket kräver en snabb och pålitlig sensormetod. tillhandahålla för första gången."

Det multidisciplinära projektet kommer att kombinera kvantavkänning med optisk spektroskopi och mikrofluidik för att skapa en integrerad plattform som kan spåra cellulär metabolism i tusentals celler inom några sekunder. Projektet är i linje med Storbritanniens nationella kvantteknologiprogram och syftet att utrusta NHS med mycket känsliga kvantsensorer.

Professor Cristian Bonato, chefsutredare för Heriot-Watts kvantavkänningsanläggning i nanoskala, sa: "Kvantavkänning förändrar medicinsk diagnostik eftersom dess känslighet ner till nivån av enskilda molekyler gör att vi kan upptäcka sjukdom tidigt, vilket ofta leder till bättre behandlingsresultat. På Heriot-Watt utvecklar vi kvantsensorer utan precisionsavbildning av magnetfält och magnetfält. nanomaterial för att upptäcka små mängder molekyler som är relevanta för biomedicinsk forskning."

Stipendiet från Dr.

Cristian Bonato, chefsutredare, Heriot-Watt University

Institutet för fotonik och kvantvetenskap vid Heriot-Watt är involverat i fyra av de fem kvantforskningscentra som tillkännagavs förra året av Engineering and Physical Sciences Research Council (EPSRC). Heriot-Watt leder Integrated Quantum Networks Hub och är involverad i kvantforskning med fokus på avkänning, avbildning, tidsmätning och biomedicinska tillämpningar.

Källor: