Nota - 27/11/2020
20/11/2020 - CIENCIAS EXACTAS Y NATURALES

Física cuántica para mejorar el diagnóstico médico por imágenes 

Analía Zwick y Gonzalo A. Álvarez, investigadores del CONICET, proponen ‘recetas cuánticas’ que podrían aplicarse al uso de resonadores nucleares para lograr mayor resolución. La investigación fue publicada en la revista Physical Review Applied

La física cuántica estudia las leyes que rigen el mundo de las moléculas, el átomo, o incluso partículas más pequeñas que un átomo. El funcionamiento de muchos de los desarrollos tecnológicos de uso común se fundamentan, o se explican, en estas escalas. Un ejemplo son los resonadores magnéticos nucleares que procesan información a escalas ínfimas y permiten ‘ver’ a los átomos que componen un ser vivo, pero,  hay un límite en la resolución que pueden alcanzar.

Los investigadores Analía Zwick y Gonzalo Álvarez, del Instituto de Nanociencia y Nanotecnología en el Centro Atómico Bariloche (INN, CONICET- CNEA), desarrollaron un método de medición basado en la física cuántica que podría sacar mejor provecho a la información que los mismos átomos proporcionan y así obtener una resolución mayor en el uso de estos equipos de diagnóstico médico. Lo que contribuye a que se pueda detectar algunas enfermedades de forma no invasiva, sin recurrir, por ejemplo, a una biopsia para observar en un microscopio electrónico algún tejido.

Este método cuántico, que describen los investigadores y fue publicado en la revista Physical Review Applied, fue desarrollado en colaboración con colegas de Israel y Alemania. Los autores lo describen más coloquialmente como ‘recetas’ que pueden aplicarse a la tecnología de los resonadores actuales, y en la publicación especifican cuál es la precisión máxima que se puede alcanzar limitados por las leyes cuánticas y las particularidades de cada equipo.

La manera en la que se procesa la información a nivel cuántico, explica Zwick, se puede comparar al funcionamiento de una computadora, en la que toda la información se reduce a unos y ceros que el dispositivo codifica en sus circuitos electrónicos como ‘pasa o no pasa’ corriente eléctrica.  “En el sistema cuántico se puede hacer una analogía similar, en la que los átomos tienen propiedades que se pueden asociar a estos unos y ceros, pero en el mundo cuántico hay otras posibilidades que enriquecen el trabajo de procesamiento de información a esas escalas”.

“La idea de este desarrollo es detectar el movimiento de los átomos de las moléculas de agua, que perciben lo que ocurre a su alrededor. Con la información de lo que está pasando a esos átomos se puede inferir cómo está el entorno. Es decir que se podría usar al átomo como un sensor en la escala muy pequeña”, explica la investigadora.

Si bien potencialmente nuestros átomos pueden ‘espiar’ todo nuestro cuerpo, grafica Álvarez, “lo difícil es extraer esa información para procesarla”. “Nuestra contribución, con este trabajo, es explicar desde la física cuál es la información que tiene el átomo, cómo y qué tanta podemos extraer”, agrega el investigador, docente del Instituto Balseiro.

Este aumento de la resolución que proponen los investigadores, entonces, puede contribuir a la detección de enfermedades como el cáncer, o los trastornos neurodegenerativos, de manera temprana, usando la tecnología que ya existe y se utiliza a diario en la práctica médica. Esta técnica, puede “convertirse en un ejemplo de tecnologías futuras basadas en información cuántica que está revolucionando muchas áreas de la tecnología, brindando beneficios sociales a muchas áreas, incluida la medicina de precisión”, explican.

“En la mayoría de las enfermedades, por ejemplo el cáncer o neurodegenerativas, las alteraciones comienzan a escalas muy chiquitas, (moleculares o celulares), y hoy por hoy no podemos observarlas sin hacer una biopsia, o con alguna técnica invasiva. Lo que queremos es tratar de obtener esta información sin modificar el cuerpo”, confía Zwick.

Por María Bocconi Referencia bibliográfica: A. Zwick et al.: Precision Limits of Tissue Microstructure Characterization by Magnetic Resonance Imaging, Phys. Rev. Applied 14, 024088 (2020); DOI: 10.1103/PhysRevApplied.14.024088   Sobre investigación: Analia Zwick. Investigadora adjunta.  INN, CAB. Dieter Suter.  Technische Universität Dortmund, Alemania. Gershon Kurizki. Weizmann Institute of Science. Israel. Gonzalo A. Álvarez. Investigador independiente. INN, CAB e Instituto Balseiro.