Quando você ouve a palavra 'quantum, "você pode imaginar físicos trabalhando em uma nova teoria inovadora. Ou talvez você tenha lido sobre computadores quânticos e como eles podem mudar o mundo. Mas um campo menos conhecido também está começando a colher os benefícios do reino quântico - a medicina.

Como parte do programa Quantum Technologies Flagship da UE, uma série de tecnologias quânticas estão sendo desenvolvidas na Europa para transformar uma variedade de campos. A medicina, em particular, parece destinada a ganhar, com vários projetos em andamento para ver como poderíamos melhorar a imagem médica ou detectar certas doenças mais facilmente.

Um desses projetos é o macQsimal, que está usando pequenos dispositivos conhecidos como sensores quânticos para revolucionar várias áreas - relógios atômicos habilitados para quantum, giroscópios, magnetômetros, e medições mais precisas de radiação eletromagnética e concentração de gás. O projeto, que começou em outubro de 2018, espera levar suas ideias ao mercado como algumas das primeiras tecnologias habilitadas para o quantum.

“O objetivo é colocar produtos como protótipos no mercado, "disse o Dr. Jacques Haesler do Centro Suíço de Eletrônica e Microtecnologia (CSEM), o coordenador do projeto para macQsimal. "No fim, (queremos) poder tomar outras medidas e, em seguida, comercializar esses dispositivos. Mas também temos que pensar sobre a próxima geração de sensores quânticos, que usará efeitos quânticos mais sofisticados, como emaranhamento ou a superposição de estados. "

Sensores quânticos

Um sensor quântico é essencialmente um dispositivo muito pequeno, talvez do tamanho de um cubo de açúcar, que pode fazer medições muito precisas usando a estranheza conhecida do mundo quântico. Aqui, as partículas estão ligadas como uma a grandes distâncias, conhecido como emaranhamento, ou mesmo aparecer em dois lugares ao mesmo tempo, conhecido como superposição.

Isso pode ser particularmente útil em coisas como imagens do cérebro. Atualmente, Os scanners de magnetoencefalografia (MEG) dependem de equipamentos volumosos que devem ser resfriados por nitrogênio líquido ou hélio líquido. Como resultado, as máquinas não são apenas grandes, mas não podem chegar perto do crânio de uma pessoa para medir a atividade cerebral - em vez disso, medem de longe com a ajuda de sensores.

“O objetivo é substituir esses instrumentos por uma espécie de capacete no qual você poderia colocar todos os sensores, que você pode colocar no crânio, para que você possa melhorar a precisão da medição, "disse o Dr. Haesler." Você pode então fazer um capacete com centenas de sensores. Então você pode medir centenas de pontos diferentes no crânio de onde o campo magnético está vindo. "

O projeto macQsimal espera provar que isso pode funcionar usando os magnetômetros que está desenvolvendo. Reduzindo drasticamente o tamanho do equipamento, seria possível detectar doenças no cérebro de uma pessoa com muito mais facilidade. A esperança é que dentro de cinco anos, a tecnologia que estão desenvolvendo pode ser usada comercialmente.

Pode haver outros benefícios também, como imagens cardíacas - tirar imagens do coração para verificar se há doenças - que poderiam se beneficiar muito com esses sensores menores e mais precisos, e descoberta de medicamentos também - encontrar novos medicamentos para tratar certas doenças. "Provavelmente, há muito mais aplicações na área médica, "acrescentou o Dr. Haesler.

Hiperpolarização

Ao investigar uma técnica quântica chamada hiperpolarização, outros pesquisadores querem ver se os scanners de ressonância magnética podem ser feitos para ser muito mais sensíveis e precisos do que são agora. Este é o objetivo de um projeto denominado projeto MetaboliQS, também começou em outubro de 2018.

"Basicamente, estamos tentando fazer uma ressonância magnética em um fator de 10, 000 mais sensível, "disse o Dr. Christoph Nebel do Instituto Fraunhofer de Física Aplicada do Estado Sólido da Alemanha, o coordenador do projeto. "Usando a hiperpolarização de biomoléculas, que são injetados, essas moléculas são ajustadas para se acumularem em certos tecidos. E se eles se acumulam, a ressonância magnética pode detectar com mais facilidade o que está acontecendo. "

A ressonância magnética hiperpolarizada envolve a obtenção de imagens observando a física minuciosa das células e moléculas para ver o que está acontecendo dentro de nosso corpo. Isso é feito usando moléculas de biomarcadores seletivos, que no momento precisa ser resfriado a -270 ° C e depois aquecido até a temperatura corporal. Esse processo não só leva muito tempo - pelo menos 30 minutos - mas também é extremamente caro.

Mas usando sensores quânticos feitos com diamantes, a equipe MetaboliQS acha que pode conduzir todo o processo com resfriamento moderado ou em temperatura ambiente sem nenhum resfriamento. Isso poderia permitir que as máquinas de ressonância magnética observassem mais facilmente os efeitos sensíveis ao tempo no corpo, como o tecido canceroso, e também obter imagens mais detalhadas.

"Quando você melhora as imagens, você vê mais detalhes, você pode distinguir entre a doença em estágio inicial ou em estágio posterior, ou tecido morto, "disse o Dr. Nebel." Ter melhores imagens significa que você torna sua compreensão médica muito melhor. "

Isso poderia abrir novos caminhos para scanners de ressonância magnética também, como a pesquisa de implantes ou a compreensão de como as doenças se desenvolvem no corpo humano. E se for bem sucedido, A imagem de ressonância magnética pode ser uma das primeiras áreas da saúde a se beneficiar das técnicas quânticas já em 2020. "A hiperpolarização é definitivamente algo que pode ser a primeira aplicação (médica) real da tecnologia quântica, "disse o Dr. Nebel.

Condições saudáveis

Se esses projetos forem bem-sucedidos, a gama de condições que podem abordar é vasta. O Dr. Haesler observa que tanto a demência quanto o Alzheimer podem ser diagnosticados mais facilmente com a ajuda de aparelhos de ressonância magnética mais precisos. E as imagens do coração e do cérebro se beneficiariam, permitindo que outras questões sejam vistas com mais detalhes.

"Com esses sensores quânticos que estamos desenvolvendo atualmente, você pode detectar a atividade de novos neurônios muito bem, "disse o Dr. Nebel." Basicamente, podemos investigar moléculas muito pequenas, biossistemas. Isso é basicamente uma ressonância magnética em nanoescala. "

As próximas etapas agora serão colocar esses produtos no mercado, e provar que podem ser comercializados. E com a ajuda do programa emblemático quântico da UE, Espera-se que tecnologias como essas possam ser o início de uma nova e excitante era quântica que tem um impacto direto em nossas vidas.

E isso não é apenas no domínio da medicina. O programa também está procurando maneiras de desenvolver relógios atômicos melhores e outros dispositivos que podem melhorar, por exemplo, como usamos nossas redes de telefonia móvel. Mas são as aplicações médicas que provavelmente chegarão primeiro, com implicações vitais para nossa saúde.

"Em cinco anos, achamos que o relógio atômico e o magnetômetro devem entrar no mercado, "disse o Dr. Haesler." Também estamos trabalhando na segunda geração de sensores, que são mais sensíveis, e pode entrar no mercado em 15 a 20 anos. "