Die Diamanten, die Krebs finden könnten
Endoskopisches Diamantmagnetometer für die Krebschirurgie
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Forscher der University of Warwick haben einen neuen Magnetfeldsensor auf Diamantbasis entwickelt, mit dem sich Tumore durch die Verfolgung von in den Körper injizierter magnetischer Flüssigkeit besser aufspüren lassen.
Diamant mit NV-Farbzentren auf blauem Hintergrund
Karishma Gokani / University of Warwick
Eine Krebsdiagnose ist besonders problematisch, wenn Zellen des Tumors in andere Organe metastasiert (gestreut) haben. Dies geschieht am häufigsten über die Lymphknoten und das Lymphdrainagesystem. Tests, mit denen festgestellt werden kann, ob sich Krebszellen in den Lymphknoten angesiedelt haben, sind der Goldstandard für die Erkennung von Metastasen und die Festlegung des Behandlungsverlaufs.
Forscher aus Warwick berichten, dass sie ein neues ungiftiges und nicht radioaktives Gerät gebaut haben, das die einzigartigen Eigenschaften von Diamanten nutzt, um metastasierten Brustkrebs zu diagnostizieren. Das Gerät ist ultraempfindlich, tragbar und funktioniert über große Entfernungen und stellt eine verbesserte Lösung für eine regelmäßige Herausforderung dar, mit der Krebschirurgen zu kämpfen haben.
Der Erstautor Alex Newman, Doktorand am Fachbereich Physik der University of Warwick, kommentierte: "Es besteht ein echter Bedarf an vielseitigen, ungiftigen Mitteln zur Erkennung von Krebs. Bei diesem neuen Sensor auf Diamantbasis ist es uns gelungen, die Größe des Sensorkopfes auf nur 10 mm zu reduzieren, was bedeutet, dass es sich um den ersten Diamantsensor handelt, der in der Lage ist, magnetische Tracerflüssigkeit zu detektieren und gleichzeitig klein genug für den endoskopischen Einsatz und die Schlüssellochchirurgie ist.
"Er ist außerdem sehr empfindlich und kann ein Hundertstel der typischen klinischen Dosis magnetischer Tracerflüssigkeit nachweisen."
Der Diamantsensor funktioniert durch den Nachweis von magnetischer Tracerflüssigkeit (Eisenoxid-Nanopartikel), die der Patientin während oder vor einer Brustkrebsoperation verabreicht wird. Die Tracerflüssigkeit wird in den Tumor injiziert und wandert dann zusammen mit metastasierten Krebszellen zu den Lymphknoten. Ein auf einem Diamanten basierender Magnetfeldsensor kann dann die Tracerflüssigkeit orten und die Lymphknoten lokalisieren, die operativ entfernt werden müssen, um die Ausbreitung des Krebses zu stoppen.
Das kompakte Design wird durch die Verwendung eines winzigen Diamanten (0,5 mm3) und eines kleinen Dauermagneten erreicht, der am Sondenkopf befestigt ist. Dadurch entfällt der Bedarf an sperriger Elektronik, so dass ein handliches, vielseitiges Gerät entsteht.
Der Hauptautor und Leiter der Gruppe, Professor Gavin Morley von der Abteilung für Physik der Universität Warwick, sagte: "Diamanten können Magnetfelder dank der Farbzentren im Diamanten, den so genannten Stickstoff-Leerstellen, wahrnehmen. Sie ermöglichen es dem Diamanten, sehr kleine Änderungen im Magnetfeld zu erkennen und verleihen ihm eine schöne rosa Farbe.
"Wir hoffen, diese Magnetfeldsensoren nicht nur für medizinische Anwendungen, sondern auch für Raumfahrzeuge und Fusionskraftwerke einsetzen zu können.
Das Aufspüren von Krebs ist nicht neu, aber die traditionellen Methoden, die in Krankenhäusern eingesetzt werden, verwenden radioaktive Tracer oder einfache blaue Farbstoffe. Radioaktive Tracer sind nicht in allen Krankenhäusern verfügbar, da beim Umgang mit radioaktivem Material besondere Vorsichtsmaßnahmen erforderlich sind. Der blaue Farbstoff verursacht bei einer von hundert Personen eine allergische Reaktion, was eine unerwünschte Komplikation darstellt, wenn der Patient unter Vollnarkose steht.
Der Nachweis eines magnetischen Tracers mit einem kleinen, empfindlichen Sensor wie dem diamantbasierten könnte einen entscheidenden Fortschritt darstellen, und diese Technologie wurde mit Unterstützung von Klinikern entwickelt.
Stuart Robertson, Consultant Breast Cancer Surgeon am University Hospitals Coventry and Warwickshire (UHCW) NHS Trust, fügte hinzu: "Ich setze die magnetische Lokalisierung jetzt regelmäßig bei meiner Arbeit an Brustkrebs ein, und zwar bei nicht erkennbaren Brustläsionen und bei der Erkennung von Lymphknoten, da sie Vorteile gegenüber herkömmlichen Techniken bietet. Es ist großartig, mit der University of Warwick zusammenzuarbeiten, um Möglichkeiten zur weiteren Optimierung der magnetischen Technologie zu erforschen."
Der Einsatz von magnetischen Tracer-Flüssigkeiten wird immer weiter verbreitet, aber dieser neue Diamantsensor könnte einen kleineren, empfindlicheren Detektor darstellen, insbesondere wenn weitere Techniken der Quantentechnologie eingesetzt werden. Die Anwendung auf andere Krebsarten wie Lungen-, Leber-, Dickdarm- und Speiseröhrenkrebs könnte den Patienten noch mehr Vorteile verschaffen.
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