Prof. Paweł Moskal to wynalazca z krwi i kości. Ten fizyk z UJ wraz z zespołem opracował i zbudował nowy typ tomografu – Jagielloński PET (J-PET). Urządzenie jest kompaktowe (mieści się w samochodzie), mobilne (łatwe do zainstalowania) i tanie (wykorzystuje tworzywa sztuczne zamiast kosztownych kryształów w sensorach). Co jednak najważniejsze – J-PET umożliwia pomiary, których nie wykonują tradycyjne skanery PET (pozytonowa tomografia emisyjna). A J-PET analizuje nieznane dotąd szczegóły procesu anihilacji pozytonów – antycząstek powstających w ciele pacjenta po podaniu radiofarmaceutyków.

Prof. Moskal systematycznie odkrywa kolejne zastosowania J-PET w diagnostyce. Ma już na koncie ponad 40 patentów. Teraz, dzięki grantowi ERC, sprawdzi, czy możliwe jest wykorzystanie pomiaru stopnia splątania kwantowego fotonów anihilacyjnych jako wskaźnika natlenienia tkanek.

Niedotlenienie (hipoksja) jest charakterystyczne dla nowotworów złośliwych. Komórki rakowe intensywnie zużywają tlen, szybko się dzieląc. Nieprawidłowe unaczynienie guza pogłębia ten efekt, prowadząc do lokalnego niedotlenienia.

Gdyby udało się za pomocą PET wskazać, które tkanki są niedotlenione - możliwe byłoby nieinwazyjne przeskanowanie całego ciała i wskazanie obszarów, gdzie rozwija się nowotwór złośliwy; coś na kształt biopsji, obejmującej cały organizm.

W 2024 roku zespół prof. Moskala pokazał, że J-PET może dostarczyć nowych informacji o stanie tkanek, mierząc czas życia pozytonium – egzotycznego "atomu" złożonego z pozytonu i elektronu, powstającego tuż przed anihilacją. Tradycyjne tomografy PET pomijają ten etap. Tymczasem J-PET pozwala badać szczegóły życia pozytonium, co już przyniosło nowe dane o rozwoju glejaków.

Teraz badacze chcą zbadać jeszcze inny aspekt rozpadu pozytonium – stopień splątania kwantowego dwóch fotonów, powstających podczas anihilacji. Sensory J-PET potrafią wykrywać takie kwantowo splątane pary, określać ich pochodzenie oraz badać ich właściwości, np. polaryzację. Prof. Moskal postawił hipotezę, że dzięki temu będzie można określić warunki panujące w miejscu, w którym fotony powstały – przede wszystkim poziom natlenienia.

"Postawiona hipoteza zakłada, że natlenienie tkanek można ocenić, mierząc stopień splątania kwantowego fotonów powstałych przy anihilacji pozytonium. Teoretycznie są przesłanki, by tak sądzić" – powiedział prof. Moskal. Szczegóły splątania mogą być wrażliwe na obecność tlenu w komórkach.

"Dysponujemy jedynym tomografem na świecie, który umożliwia pomiar stopnia kwantowego splątania fotonów powstających z pozytonium. Dzięki temu jako pierwsi na świecie odkryliśmy i opublikowali - w czasopiśmie +Science Advances+ - że stopień splątania zależy od materiału, w którym pozytonium anihiluje. Czy taki pomiar pozwoli ocenić utlenienie tkanki? Tego jeszcze nikt nie sprawdził. Podejmujemy to ryzyko" – dodaje badacz.

Jak podkreśla, właśnie takie ryzykowne, śmiałe hipotezy mają szansę na uzyskanie finansowania z grantu ERC. Nawet jeśli hipoteza się nie potwierdzi - naukowcy zyskają: poszerzą wiedzę o fizyce anihilacji i udoskonalą J-PET. Jeśli jednak się sprawdzi, może to zrewolucjonizować diagnostykę nowotworów, dając ludzkości nowe narzędzie – nieinwazyjną, pełną "biopsję kwantową".

Na swoje badania prof. Moskal otrzyma prestiżowy Advanced Grant Europejskiej Rady ds. Badań Naukowych (ERC). W najnowszej edycji konkursu, której wyniki ogłoszono 17 czerwca, 281 wybitnych naukowców z Europy, w tym czworo z Polski, otrzyma łącznie 721 mln euro na realizację ambitnych projektów badawczych (po ok. 2,5 mln euro na projekt).(PAP)

Nauka w Polsce, Ludwika Tomala

lt/ zan/ jpn/