Cuando escuche la palabra 'cuántica, "Puede imaginarse a los físicos trabajando en una nueva teoría revolucionaria. O quizás haya leído acerca de las computadoras cuánticas y cómo podrían cambiar el mundo. Pero un campo menos conocido también está comenzando a cosechar los beneficios del reino cuántico:la medicina.

Como parte del programa insignia de tecnologías cuánticas de la UE, En Europa se están desarrollando una serie de tecnologías cuánticas para transformar una variedad de campos. La medicina, en particular, parece destinada a ganar, con varios proyectos ahora en marcha para ver cómo podríamos mejorar las imágenes médicas o detectar ciertas enfermedades con mayor facilidad.

Uno de esos proyectos es macQsimal, que utiliza pequeños dispositivos conocidos como sensores cuánticos para revolucionar varias áreas:relojes atómicos con capacidad cuántica, giroscopios magnetómetros, y mediciones más precisas de radiación electromagnética y concentración de gas. El proyecto, que comenzó en octubre de 2018, espera llevar sus ideas al mercado como algunas de las primeras tecnologías con capacidad cuántica.

"El objetivo es poner productos como prototipos en el mercado, "dijo el Dr. Jacques Haesler del Centro Suizo de Electrónica y Microtecnología (CSEM), el coordinador del proyecto para macQsimal. "Al final, (queremos) poder tomar más medidas y luego comercializar estos dispositivos. Pero también tenemos que pensar en la próxima generación de sensores cuánticos, que utilizará efectos cuánticos más sofisticados como el entrelazamiento o la superposición de estados ".

Sensores cuánticos

Un sensor cuántico es esencialmente un dispositivo muy pequeño, tal vez del tamaño de un terrón de azúcar, que puede hacer mediciones muy precisas utilizando la extrañeza conocida del mundo cuántico. Aquí, las partículas están unidas como una a grandes distancias, conocido como enredo, o incluso aparecer en dos lugares a la vez, conocido como superposición.

Esto podría ser particularmente útil en cosas como imágenes cerebrales. En la actualidad, Los escáneres de magnetoencefalografía (MEG) se basan en equipos voluminosos que deben enfriarse con nitrógeno líquido o helio líquido. Como resultado, las máquinas no solo son grandes, pero no pueden acercarse al cráneo de una persona para medir la actividad cerebral, sino que miden desde lejos con la ayuda de sensores.

"El objetivo es reemplazar estos instrumentos con una especie de casco en el que se puedan colocar todos los sensores, que te puedes poner en la calavera, para que pueda mejorar la precisión de la medición, ", dijo el Dr. Haesler." Entonces puede hacer un casco con cientos de sensores. Entonces, puede medir en cientos de puntos diferentes del cráneo de donde proviene el campo magnético ".

El proyecto macQsimal espera demostrar que esto puede funcionar utilizando los magnetómetros que está desarrollando. Al reducir drásticamente el tamaño del equipo, Podría ser posible detectar enfermedades en el cerebro de una persona con mucha más facilidad. La esperanza es que dentro de cinco años, la tecnología que están desarrollando podría utilizarse comercialmente.

También puede haber otros beneficios, como las imágenes cardíacas (tomar imágenes del corazón para detectar enfermedades) que podrían beneficiarse enormemente de estos sensores más pequeños y precisos, y descubrimiento de fármacos también:encontrar nuevos fármacos para tratar determinadas enfermedades. "Lo más probable es que haya muchas más aplicaciones en el campo médico, "añadió el Dr. Haesler.

Hiperpolarización

Al investigar una técnica cuántica llamada hiperpolarización, otros investigadores quieren ver si se puede hacer que los escáneres de resonancia magnética sean mucho más sensibles y precisos de lo que son ahora. Este es el objetivo de un proyecto llamado proyecto MetaboliQS, también comenzó en octubre de 2018.

"Básicamente, estamos tratando de hacer que la resonancia magnética sea un factor de 10, 000 más sensibles, "dijo el Dr. Christoph Nebel del Instituto Fraunhofer de Física Aplicada del Estado Sólido en Alemania, el coordinador del proyecto. "Utilizando la hiperpolarización de biomoléculas, que se inyectan, estas moléculas están sintonizadas para acumularse en ciertos tejidos. Y si se acumulan la resonancia magnética puede detectar más fácilmente lo que está sucediendo ".

La resonancia magnética hiperpolarizada implica tomar imágenes observando la física minuciosa de las células y moléculas para ver lo que sucede dentro de nuestro cuerpo. Esto se hace mediante el uso de moléculas de biomarcadores selectivos, que en este momento deben enfriarse a -270 ° C y luego calentarse a la temperatura corporal. Este proceso no solo lleva mucho tiempo, al menos 30 minutos, sino que también es extremadamente costoso.

Pero usando sensores cuánticos hechos con diamantes, el equipo de MetaboliQS cree que puede realizar todo el proceso con un enfriamiento suave o a temperatura ambiente sin ningún enfriamiento. Esto podría permitir que las máquinas de resonancia magnética observen más fácilmente los efectos sensibles al tiempo en el cuerpo, como el tejido canceroso, y también tomar imágenes más detalladas.

"Cuando mejoras las imágenes, ves más detalles, puede distinguir entre una enfermedad en etapa temprana o una etapa posterior, o tejido muerto, ", dijo el Dr. Nebel." Tener mejores imágenes significa que su comprensión médica es mucho mejor ".

Esto también podría abrir nuevas vías para los escáneres de resonancia magnética, como la investigación de implantes o la comprensión de cómo se desarrollan las enfermedades en el cuerpo humano. Y si tiene éxito, Las imágenes de resonancia magnética podrían ser una de las primeras áreas de salud en beneficiarse de las técnicas cuánticas ya en 2020. "La hiperpolarización es definitivamente algo que puede ser la primera aplicación (médica) real de la tecnología cuántica, "dijo el Dr. Nebel.

Condiciones de salud

Si estos proyectos tienen éxito, la gama de condiciones que podrían abordar es amplia. El Dr. Haesler señala que la demencia y la enfermedad de Alzheimer podrían diagnosticarse más fácilmente con la ayuda de escáneres de resonancia magnética más precisos. Y las imágenes del corazón y el cerebro se beneficiarían, permitiendo que otros temas se vean con mayor detalle.

"Con estos sensores cuánticos que estamos desarrollando actualmente, puedes detectar la actividad de nuevas neuronas bastante bien, ", dijo el Dr. Nebel." Básicamente, podemos investigar moléculas muy pequeñas, biosistemas. Esto es básicamente una resonancia magnética a nanoescala ".

Los próximos pasos ahora serán llevar estos productos al mercado, y demostrar que se pueden comercializar. Y con la ayuda del programa insignia cuántica de la UE, Se espera que tecnologías como estas puedan ser el comienzo de una nueva y emocionante era cuántica que tenga un impacto directo en nuestras vidas.

Y eso no es solo dentro del ámbito de la medicina. El programa también está buscando formas de desarrollar mejores relojes atómicos y otros dispositivos que podrían mejorar, por ejemplo, cómo usamos nuestras redes de telefonía móvil. Pero son las aplicaciones médicas las que probablemente llegarán primero, con implicaciones vitales para nuestra salud.

"En cinco años, pensamos que el reloj atómico y el magnetómetro deberían entrar en el mercado, ", dijo el Dr. Haesler." También estamos trabajando en la segunda generación de sensores, que son más sensibles, y puede ingresar al mercado en 15 a 20 años ".