Российские ученые представили будущую замену МРТ и ПЭТ

В перспективе сверхчувствительный датчик позволит снизить стоимость
популярных диагностических процедур.

Команда ученых из компании-разработчика сверхчувствительных магнитных сенсоров для медицинских применений QLU, Сколковского института науки и технологий и ряда других университетов успешно завершила лабораторные испытания по использованию датчика нового типа для анализа магнитных наночастиц. Исследователям удалось визуализировать сигнал как в пробирках, так и в тканях живых организмов.

Различные методы медицинской визуализации живых организмов широко применяются для диагностики большого числа заболеваний. Эти методы можно разделить на магнитно-резонансную томографию (МРТ), позитронно-эмиссионную томографию (ПЭТ), компьютерную томографию (КТ) и другие. МРТ и ПЭТ являются одними из наиболее информативных методов диагностики злокачественных новообразований, а также сосудистых и дистрофических заболеваний. Однако, несмотря на свои преимущества, эти методы имеют определенные недостатки: так, техническая сложность, высокая стоимость и громоздкость оборудования значительно снижают их доступность.

Альтернативой являются приборы на сверхчувствительных магнитометрах, работа которых основана на регистрации сигналов (как времени релаксации, так и остаточной намагниченности) от контрастных веществ (специальных маркеров), вводимых в кровеносную систему. Как правило, эти маркеры представляют собой суперпарамагнитные или ферромагнитные нано- или микрочастицы. Метод магниторелаксометрии ​​нацелен на то, чтобы визуализировать магнитные включения, отслеживая их распределение в теле живого существа. Преимущество метода состоит в том, что он позволяет быстро и эффективно оценить интенсивность кровотока, обнаружить опухолевые узлы на масштабе десятков тысяч клеток, а также участки ишемии тканей.

В ходе исследования ученые использовали метод магниторелаксометрии, чтобы оценить распределение наночастиц в теле лабораторных мышей после инъекции. Для этого впервые был использован новый тип датчика для анализа магнитных наночастиц как в пробирках, так и внутри живых организмов. Датчик основан на микропленке из железо-иттриевого граната с оптической системой регистрации сигнала. Результаты показали, что сенсор позволяет эффективно регистрировать остаточную намагниченность магнитных наночастиц как в пробирке, так и локально введённых в организм лабораторных мышей, что поможет в перспективе разработать недорогую и инновационную систему медицинской диагностики, в том числе и онкологии, на более ранних стадиях заболевания.

«Небольшой размер чувствительного элемента в сочетании с коротким временем восстановления после отключения катушек возбуждения обеспечивают потенциально высокое пространственное и временное разрешение измерений. В среднесрочной перспективе, повышая чувствительность нашего сенсора, мы способны создать прибор по аналогии с ПЭТ, который позволил бы быстро и эффективно, с минимальными побочными эффектами, определять как наличие, так и расположение раковых клеток, а также и более точно на них воздействовать», — добавил Максим Острась, руководитель QLU.

Ранее в 2021 году команда QLU совместно с учеными из Сколковского института науки и технологий и НИУ ВШЭ продемонстрировали работу первого в мире твердотельного сверхчувствительного магнитометра, работающего при комнатной температуре. С помощью квантового сенсора исследователи смогли зарегистрировать активность нейронов головного мозга.