Współczesna diagnostyka nowotworów opiera się głównie na inwazyjnych procedurach, takich jak biopsje, które pozwalają na bezpośrednie badanie tkanek guza, ale wiążą się z ryzykiem i dyskomfortem dla pacjentów. Czy istnieje możliwość, by zredukować ten ból i ryzyko, a jednocześnie uzyskać równie precyzyjne wyniki? Odpowiedź na to pytanie może dać nowatorskie badanie opracowane przez zespół pod kierownictwem prof. Pawła Moskala z Uniwersytetu Jagiellońskiego, który otrzymał prestiżowy grant Europejskiej Rady ds. Badań Naukowych (ERC). Jego projekt oparty na technologii Jagiellońskiego PET (J-PET) ma potencjał do zrewolucjonizowania sposobu diagnozowania nowotworów, wprowadzając pojęcie „kwantowej biopsji”, której celem jest nieinwazyjne wykrywanie złośliwych guzów nowotworowych.
J-PET – nowe możliwości diagnostyczne
Zespół prof. Moskala opracował urządzenie, które może odmienić tradycyjne metody skanowania. J-PET to kompaktowy, mobilny i znacznie tańszy niż tradycyjne tomografy PET sprzęt, który pozwala na uzyskiwanie informacji diagnostycznych w sposób dotąd nieosiągalny. Tradycyjna tomografia emisyjna pozytonów (PET) wykorzystywana w diagnostyce nowotworowej jest doskonałym narzędziem do obrazowania guzów, ale J-PET oferuje dodatkowe możliwości. Dzięki zastosowaniu tworzyw sztucznych w sensorach zamiast kosztownych kryształów, urządzenie jest nie tylko tańsze, ale również bardziej mobilne i łatwiejsze w instalacji. To oznacza, że technologia ta może być zastosowana w różnych środowiskach – od szpitali po mniejsze placówki medyczne.
Co jednak naprawdę wyróżnia J-PET? To możliwość uzyskania bardziej szczegółowych danych na temat procesu anihilacji pozytonów – antycząstek, które powstają w ciele pacjenta po podaniu radiofarmaceutyków. Tradycyjne tomografy PET pomijają etap życia pozytonium, egzotycznego „atomu” złożonego z pozytonu i elektronu, który pojawia się tuż przed anihilacją. J-PET umożliwia badanie tego procesu w sposób dokładniejszy, co już teraz przynosi nowe informacje na temat rozwoju niektórych nowotworów, takich jak glejaki.
Nowa hipoteza: kwantowe splątanie a natlenienie tkanek
Kiedy mówimy o nowotworach, jednym z kluczowych aspektów ich charakterystyki jest proces niedotlenienia, czyli hipoksji. Złośliwe guzy nowotworowe są znane z tego, że komórki rakowe zużywają ogromne ilości tlenu, co prowadzi do stanu niedotlenienia w obrębie guza. Jest to efekt nieprawidłowego unaczynienia nowotworu, które nie nadąża za szybkim wzrostem komórek rakowych. Hipoksja jest jednym z kluczowych wskaźników, który może wskazywać na złośliwość nowotworu, ponieważ zjawisko to jest szczególnie powszechne w przypadku nowotworów agresywnych.
Prof. Moskal postawił hipotezę, że badanie stopnia splątania kwantowego fotonów, które powstają podczas procesu anihilacji pozytonium, może stanowić nową metodę pomiaru natlenienia tkanek. Stopień splątania fotonów jest jednym z najbardziej złożonych i subtelnych zjawisk w fizyce kwantowej, który w tym przypadku może odzwierciedlać warunki panujące w tkankach, takie jak poziom tlenu. Zespół badaczy z Uniwersytetu Jagiellońskiego ma zamiar sprawdzić, czy takie pomiary będą w stanie wskazać miejsca w organizmie, gdzie występuje niedotlenienie, a więc potencjalnie złośliwe nowotwory.
Jak działa kwantowe splątanie?
Kwantowe splątanie to zjawisko, w którym dwie cząstki – w tym przypadku fotony – pozostają ze sobą powiązane w taki sposób, że zmiana stanu jednej z nich natychmiast wpływa na stan drugiej, niezależnie od odległości, jaka je dzieli. Prof. Moskal i jego zespół mają do dyspozycji unikalną technologię, która pozwala na pomiar tego splątania fotonów, a także na analizowanie ich właściwości, takich jak polaryzacja. Dzięki temu badacze mogą uzyskać nowe informacje na temat procesów zachodzących w organizmach pacjentów, w tym o poziomie tlenu w tkankach.
Jeśli hipoteza okaże się prawdziwa, badanie stopnia splątania fotonów mogłoby stać się nowym narzędziem diagnostycznym, które umożliwi wczesne wykrycie nowotworów, a także ocenę ich złośliwości bez potrzeby przeprowadzania inwazyjnych procedur, takich jak biopsje. Zamiast pobierać próbki tkanek, możliwe byłoby przeprowadzenie „biopsji kwantowej”, która pozwalałaby na ocenę stanu całego organizmu za pomocą jednego badania.
Potencjał dla diagnostyki onkologicznej
Technologia J-PET i badania nad kwantowym splątaniem fotonów to tylko część większego obrazu. Jeśli eksperymenty się powiodą, J-PET może zrewolucjonizować diagnostykę nowotworów, szczególnie w zakresie wczesnego wykrywania. Obecnie, diagnostyka onkologiczna opiera się głównie na obrazowaniu, które daje nam ogólny obraz lokalizacji guza. Jednak wykrycie złośliwości guza, ocena jego natlenienia oraz strukturalnych szczegółów, które mogą świadczyć o jego agresywności, to wyzwania, które mogą zostać zrealizowane dzięki nowym narzędziom.
Jeśli stopień splątania fotonów będzie rzeczywiście zależny od poziomu natlenienia tkanek, technologia J-PET stanie się przełomem w diagnostyce, oferując lekarzom nową metodę wykrywania nowotworów w sposób nieinwazyjny. Będzie to oznaczać znaczące zmniejszenie ryzyka dla pacjentów, którzy obecnie muszą przechodzić przez bolesne procedury diagnostyczne.
Grant ERC
Zasoby finansowe na realizację badań nad kwantową biopsją zostały pozyskane dzięki grantowi Europejskiej Rady ds. Badań Naukowych (ERC), który jest jednym z najbardziej prestiżowych źródeł finansowania badań naukowych w Europie. W 2024 roku, po uzyskaniu tego grantowego wsparcia, prof. Moskal zyskał możliwość dalszego rozwoju swojej technologii, co umożliwi dokładniejsze testowanie nowych hipotez. Zespół naukowców liczy, że ich badania nie tylko przyczynią się do postępu w diagnostyce onkologicznej, ale także poszerzą naszą wiedzę o fizyce anihilacji pozytonów, co może wpłynąć na rozwój nowych technologii w innych dziedzinach nauki.
Przyszłość kwantowej diagnostyki
Projekt, który realizuje prof. Moskal, to doskonały przykład tego, jak współczesna nauka łączy zaawansowaną fizykę kwantową z medycyną, dając nadzieję na rewolucję w diagnostyce i leczeniu nowotworów. Dalszy rozwój technologii J-PET może sprawić, że w przyszłości lekarze będą w stanie diagnozować nowotwory w sposób znacznie mniej inwazyjny, dokładniejszy i szybszy niż kiedykolwiek wcześniej. Kwantowa biopsja mogłaby stać się jednym z najważniejszych narzędzi w walce z rakiem, oferując pacjentom nowe możliwości leczenia i szerszy dostęp do precyzyjnych, szybkich diagnoz.
Dzięki wsparciu grantu ERC, prof. Moskal ma szansę na dalsze badania, które mogą zmienić oblicze diagnostyki onkologicznej, oferując nowatorskie narzędzie w postaci kwantowej biopsji, które może uratować życie wielu pacjentom.
PET/CT – niedoceniane narzędzie diagnostyczne. Eksperci apelują o pilną aktualizację przepisów
kwantowa biopsja, J-PET, diagnostyka nowotworów, pozytonowa tomografia emisyjna, splątanie kwantowe, badanie PET, natlenienie tkanek, nowotwory złośliwe, fizyka kwantowa, niedotlenienie, biomarkery nowotworowe, grant ERC, technologia J-PET, bezinwazyjna diagnostyka, diagnostyka onkologiczna, nowatorskie metody diagnostyczne, nowotwory, glejak, anihilacja pozytonium