p (Phys.org) - Semelhante à maneira que uma máquina convencional de imagem por ressonância magnética (MRI) usa grandes ímãs para gerar imagens 3D, físicos desenvolveram uma proposta para uma máquina de nano-ressonância magnética quântica que usaria as propriedades magnéticas de um único qubit atômico para gerar imagens 3D com resolução de nível de angstrom (0,1 nanômetro). A nova técnica pode levar ao desenvolvimento de microscópios de molécula única para biomoléculas de imagem, com aplicações na descoberta de medicamentos e melhor compreensão de doenças. p Os pesquisadores, liderado por Lloyd Hollenberg, um professor de física da Universidade de Melbourne, publicaram um artigo sobre a nova técnica em uma edição recente da Nature Communications .

p "Avanços científicos contínuos nas últimas décadas nos permitiram entender e, portanto, curar muitos problemas médicos em escala macroscópica, por exemplo, fraturas ósseas ou coágulos sanguíneos, "disse o autor principal, Viktor Perunicic, da Universidade de Melbourne Phys.org . "Contudo, as doenças que a humanidade enfrenta hoje são microscópicas, como eles se originam de mau funcionamento em nível molecular, por exemplo, uma proteína com uma forma deformada em algum lugar de uma célula. Câncer, diabetes, infecções virais e muitas outras têm isso em comum, ainda assim, no momento, quase não há meios de ver o que está acontecendo dentro de nossos corpos neste nível.

p “No nosso trabalho, pretendemos resolver este problema desenvolvendo um projeto de tecnologia que pode permitir uma visão 3D visual direta da estrutura atômica de moléculas individuais em seu ambiente celular. Conseguimos isso aproveitando a tecnologia de computação quântica em um conceito que traz imagens de ressonância magnética para a escala atômica. "

p O sistema de imagem proposto consiste em um qubit atômico que é colocado cerca de 2 nanômetros abaixo de uma superfície que contém a molécula a ser visualizada. O qubit atua como fonte e sensor de campos magnéticos, com suas propriedades magnéticas quânticas (seu spin) interagindo com as propriedades magnéticas dos átomos na molécula alvo. Ao coletar dados sobre essas interações em várias orientações, o sistema pode determinar as posições de átomos individuais e construir uma imagem 3D da estrutura da molécula alvo.

p Os cientistas simularam a nova técnica usando uma molécula de rapamicina (C ₅₁ H ₇₉ NÃO ₁₃ ), um medicamento imunossupressor comumente usado para prevenir a rejeição do transplante de órgãos. Em técnicas de imagem convencionais, como cristalografia de raios-X, é difícil detectar os átomos de hidrogênio. Mas, medindo a densidade de spin nuclear do hidrogênio, o método de nano-MRI pode gerar imagens 3D dos átomos de hidrogênio, bem como os átomos de carbono, com uma resolução de imagem média no nível de angstrom.

p "A capacidade de criar imagens da estrutura atômica das moléculas em seus ambientes celulares nativos é vital para entender a origem da doença e encontrar sua cura, "Disse Hollenberg." Por exemplo, na busca e teste de novos medicamentos, primeiro se identificaria um alvo, frequentemente uma proteína de membrana. A obtenção de imagens da verdadeira estrutura da proteína no ambiente celular é a chave para entender como as moléculas da droga irão interagir com ela. Com base nessas informações, uma molécula de droga pode ser selecionada ou projetada. Mais importante, o mesmo dispositivo de imagem forneceria meios para entender e testar o quão bem a droga está funcionando, observando suas interações com a molécula alvo no nível atômico. Nosso objetivo é desenvolver uma tecnologia versátil para observar a estrutura atômica bioquímica atualmente inacessível de moléculas importantes in situ, de maneira análoga a como as máquinas de ressonância magnética de hospitais observam a anatomia de nossos corpos. "

p Devido à grande quantidade de dados envolvidos, simulações mostram que o tempo total para gerar uma imagem da molécula de rapamicina é atualmente de cerca de 175 horas. Contudo, os pesquisadores esperam que melhorias futuras reduzirão muito este tempo, bem como aumentar ainda mais a resolução. No futuro, eles também planejam ampliar o design do sistema para obter imagens de biomoléculas maiores.

p "Até agora, nosso trabalho tem se concentrado na base teórica fundamental, entender como construir fisicamente o dispositivo com a tecnologia atualmente acessível, "Perunicic disse." Estamos desenvolvendo o controle mecânico quântico intrincado que forneceria a capacidade de criar imagens de moléculas individuais, e também estão realizando simulações para testar o desempenho em condições realistas. Como os resultados dessas investigações foram encorajadores, a direção natural para os próximos dois anos é se aventurar em demonstrações experimentais de prova de conceito. " p © 2016 Phys.org