p Ímãs em nanoescala oferecem uma nova maneira de encontrar desmaios, vestígios iniciais de câncer em pacientes, de acordo com estudantes da Rice University trabalhando em um método para capitalizar as propriedades dos ímãs. Três estudantes de matemática aplicada e computacional da Rice estão refinando um programa para analisar sinais de relaxometria magnética de nanopartículas de óxido de ferro que se encontram e se ligam a células cancerosas. p Brian Ho, idosos do arroz, Rachel Hoffman e Eric Sung desenvolveram uma nova maneira de analisar dados para pesquisadores de câncer que esperam usar nanopartículas magnéticas para localizar sinais de câncer que os raios-X nunca detectariam.

p Todos os ímãs (ou materiais sujeitos ao magnetismo) têm momentos "magnéticos, "como agulhas invisíveis que podem se mover e reagir a campos magnéticos, mesmo que seus hospedeiros físicos não possam.

p Essas agulhas fantasmagóricas se alinham quando expostas a um campo magnético externo; quando o campo é removido, eles "relaxam" mais uma vez. A relaxometria mede esta última característica. Acontece que os momentos relaxam em uma taxa muito diferente quando pertencem a nanopartículas ligadas a células cancerosas.

p Os alunos estão trabalhando com a conselheira do arroz Béatrice Rivière, o Noah G. Harding Chair e professor de matemática computacional e aplicada, e médicos do MD Anderson Cancer Center da Universidade do Texas, em Houston, para desenvolver programas de computador que analisem "traços" desses momentos à medida que eles relaxam. Albuquerque, N.M., com base científica sênior, em colaboração com MD Anderson, está desenvolvendo uma plataforma de relaxometria comercial para a detecção precoce do câncer.

p As nanopartículas de óxido de ferro superparamagnéticas de 25 nanômetros são aprimoradas com proteínas de anticorpos que têm como alvo proteínas biomarcadoras produzidas por células cancerosas, Sung disse. "Uma vez que eles se ligam às células, sua amplitude de movimento é severamente restrita, e esse movimento restrito é muito importante, "disse ele." Depois de aplicar um campo magnético externo, os dipolos das partículas se alinharão para neutralizar o campo. Uma vez que os dipolos se enfrentam, então você tem um campo magnético de essencialmente zero. Mas a parte interessante para nós é o que vem depois. "

p Os alunos e a equipe do MD Anderson estão trabalhando para quantificar essa fase de relaxamento porque ela marca a localização das células cancerosas em amostras de laboratório e em camundongos.

p Nanopartículas não ligadas irão se reorientar aleatoriamente em menos de um milissegundo, mas porque os complexos de nanopartículas associados a anticorpos que estão ligados às células cancerosas são restritos em seu movimento, seu relaxamento magnético é muito mais lento - até um segundo, Sung disse. "Estamos descobrindo exatamente o que isso significa." ele disse.

p A equipe observou que os melhores métodos de detecção de câncer de hoje detectam apenas tumores com mais de 10 milhões de células cancerosas. A nova abordagem tem potencial para detectar tumores com apenas 20, 000 células. Os alunos esperam que os métodos que dependem da relaxometria também sejam mais seguros do que os métodos atuais que expõem os pacientes à radiação ionizante.

p O software dos alunos aborda dois problemas que podem corromper os dados de relaxometria. Uma é que o movimento físico - como a respiração do paciente - pode deslocar o sinal do alvo e distorcer os resultados. O outro é o que os alunos chamam de "saltos de fluxo, "um artefato de gravação que causa uma mudança geral nos dados." O salto do fluxo tem a ver com a maneira como é medido, "Sung disse." Mas nós descobrimos um algoritmo para cuidar de ambas as coisas. E parece muito bom. "

p Hoffman disse que a equipe do Rice trouxe uma nova perspectiva para o problema reconhecido por David Fuentes, do MD Anderson, um professor assistente no Departamento de Física de Imagens, e seus colegas. "Eles estavam olhando para isso muito teoricamente, considerando que olhamos para isso de forma mais pragmática, "ela disse." Nós pesquisamos o que podemos fazer com esses dados específicos, em vez de tentar desenvolver um algoritmo que pudesse ser aplicado a qualquer conjunto de dados. "

p "De fato, a contribuição da equipe de design sênior para correção de movimento e detecção de salto de fluxo terá um impacto duradouro e será incorporada em pipelines de análise futuros, "Disse Fuentes.

p Ho disse que o próximo passo da equipe do Rice é criar uma maneira de gerar rastreamentos de dados sintéticos para testar o programa. "Assim que formos capazes de aplicar alguns saltos de fluxo e picos de respiração, podemos quantificar o quão bom é o nosso algoritmo, " ele disse.