Công nghệ chụp ảnh cộng hưởng từ siêu tốc của một công ty khởi nghiệp ở Đức có thể cứu sống nhiều người bằng phương pháp cho phép các bác sĩ quan sát nhanh và chính xác hơn để xác định bệnh ung thư sớm hoặc đánh giá một liệu pháp điều trị ung thư có hiệu quả hay không.

Công nghệ “siêu phân cực” của công ty công nghệ hình ảnh Nvision, sử dụng vật lý lượng tử tăng cường tín hiệu từ tính của những phân tử trong cơ thể con người lên tới 100.000 lần khi sử dụng máy MRI tiêu chuẩn.

Kỹ thuật này cho phép hình ảnh MRI hiển thị những thay đổi trong tế bào ở cấp độ trao đổi chất, cung cấp thông tin ở cấp độ mô tế bào với dung lượng lớn hơn và cho biết chính xác chỉ trong trong vài ngày chứ không phải vài tháng, liệu pháp điều trị ung thư đang được thực hiện có hiệu quả hay khối u đang tiếp tục lan rộng.

 “Một số bệnh nhân không có thời gian. Một lần điều trị thất bại gần như là bản án tử hình vì tình trạng bệnh nhân khiến bác sĩ thực sự không có đủ thời gian để thay đổi hướng trị liệu,” Giám đốc điều hành Nvision Sella Brosh trong cuộc phỏng vấn với Euronews Next cho biết. Ông nhấn mạnh, công nghệ của NVision nhằm mục đích biến hình ảnh MRI thành một “kỹ thuật hoàn toàn khác”.

MRI hoạt động như thế nào và công nghệ này có gì khác biệt?

MRI sử dụng tín hiệu từ tính của nước để xác định vị trí của nước trong cơ thể và mức độ ảnh hưởng của nước đối với những mô xung quanh. Nước trong máu sẽ khác với nước trong cơ hoặc trong da, khiến các tín hiệu từ tính khác nhau, được MRI tạo ra hình ảnh giải phẫu của cơ thể.

Những gì chúng tôi phát triển là cho phép MRI trở thành hình ảnh trao đổi chất ở quy mô lớn. Sella Brosh Giám đốc điều hành Công ty Công nghệ hình ảnh Nvision cho biết.

Brosh giải thích: Con người có rất nhiều nước trong cơ thể nên tín hiệu từ tính từ nước rất mạnh. Nhưng nhược điểm của MRI là khả năng phát hiện những phân tử nhỏ khác trong cơ thể con người, một chất được hình thành trong hoặc cần thiết cho sự trao đổi chất, được gọi là chất chuyển hóa.

Sự trao đổi chất là sự sống, là phương thức mà con người tồn tại, đó cũng là cách những khối u và ung thư tồn tại, phát triển qua trao đổi chất. Những gì chúng tôi sáng tạo ra là cho phép máy chụp cộng hưởng từ trở thành thiết bị chụp ảnh quá trình trao đổi chất quy mô lớn”.

Không tập trung vào yếu tố kỹ thuật để máy MRI mạnh hơn hoặc nhạy hơn, công nghệ của NVision tập trung vào giải pháp khiến cho tín hiệu từ những chất chuyển hóa này mạnh hơn, giúp cho các máy MRI máy hiện có có thể dễ dàng đọc những tín hiệu này.

Công ty khởi nghiệp NVision chọn một chất chuyển hóa, pyruvate, một loại đường mà các tế bài ung thư ưa thích. Những gì NVision làm là lấy loại đường này và điều khiển các spin hạt nhân trên những nguyên tử carbon của phân tử đường, tăng cường tín hiệu từ tính của phân tử lên 100.000 lần trên một máy chụp cộng hưởng từ (MRI) tiêu chuẩn.

Giám đốc công nghệ (CTO) Ilai Schwartz của NVision cho biết: “Những gì mà MRI thu được thực sự là những spin trên các nguyên tử. Vấn đề với MRI là hầu hết những spins không được định hướng theo một chiều nhất định, tất cả các spin đều quay theo mọi chiều khác nhau và triệt tiêu năng lượng lẫn nhau.”

Ông giải thích: “Những gì chúng tôi làm đối với một loại đường cụ thể là định hướng tất cả các spin hạt nhân nguyên tử hoặc gần như tất cả theo một hướng. Nghe có vẻ phức tạp? Hãy tưởng tượng chúng ta cố đếm những chú lính đồ chơi nhỏ rải rác khắp sàn nhà. Nếu tất cả những chú lính đồ chơi đều đứng thành một hàng ngay ngắn thì việc đếm sẽ dễ dàng hơn nhiều.”

Bằng giải pháp khiến cho hình ảnh MRI trở nên rõ nét hơn ở cấp độ mô tế bào, công nghệ NVision giúp các bác sĩ phát hiện ung thư sớm hơn, thấy được kết quả trong vòng vài ngày khi sử dụng một liệu pháp điều trị. Video NVision Imaging Technologies

Chụp ảnh tế báo như Chế độ xem phố của Google (Google Street View)

Sử dụng công nghệ Nvision, MRI không chỉ thu nhận những tín hiệu tế bào dễ dàng hơn mà còn có thể diễn giải nhiều thông tin hơn trong các mô tế bào.

Một điểm tương đồng cho lớp thông tin bổ sung là sự khác biệt giữa sử dụng Google Maps và Google Street View. Trên bản đồ, đường phố chỉ là một đường thẳng. Nhưng nếu người dùng phóng to và xem xét tương tự như trên Google Street View, người xem có thể thấy hình ảnh thực sự của tế báo, điều gì có vẻ phát triển phù hợp và điều gì không đúng.

Phương pháp khiến các chất chuyển hóa xuất hiện trên hình ảnh MRI có ý nghĩa vô cùng quan trọng, từ những bức ảnh có độ chính xác siêu cao, các chuyên gia y tế có thể theo dõi những tế bào xử lý những chất chuyển hóa và nhóm tế bào nào không hoạt động bình thường.

NVision cung cấp nhiên liệu cho các tế bào và ghi lại cách tế bảo sử dụng

Khi pyruvate xâm nhập vào các tế bào bình thường, một phần của loại đường này chuyển thành lactate với một lượng nhỏ. Nhưng, các tế bào ung thư, do phát triển nhanh chóng sẽ tạo ra nhiều lactate hơn bình thường. Nhờ đó, khi phát hiện ra sự sản xuất quá mức lactate này có thể cho phép các bác sĩ xác định chính xác vị trí của khối u và theo dõi sự phát triển của khối u.

Ông Brosh giải thích: “Trong thời gian thực, bằng phương pháp chụp MRI với công nghệ Nvision, bác sĩ theo dõi đường khi đi vào tế bào và biến đổi thành những chất chuyển hóa khác với những mức độ khác nhau. Đó là một khía cạnh hoàn toàn mới mà MRI hiện nay có thể cung cấp”.

“Khái niệm về chụp MRI như một bức ảnh chụp nhanh cho thấy những chiếc ô tô trong bãi đỗ xe. Những xe này đứng yên, chúng ta thấy chúng trông như thế nào, nhưng không thể biết gì về cách những chiếc xe này vận hành. Khi cung cấp nhiên liệu cho xe và quan sát những chiếc xe hoạt động, chúng ta sẽ phát hiện những điều không ổn, một số xe không bám sát làn đường hoặc một số xe khác đang tăng tốc và gây nguy cơ rủi ro. Đó chính xác là những gì công ty Nvision thực hiện. Chúng tôi cung cấp nhiên liệu cho các tế bào và xem xét cách tế bào sử dụng nó để xác định, đâu là những tế bào không bình thường và những tế bào này phát triển ra sao?” Ông Brosh nói.

 Một nhân viên NVision chạy thử nghiệm với thiết bị siêu phân cực trong phòng thí nghiệm của công ty ở Ulm, Đức, ngày 25/4/2023 Euronews

Phương thức này có an toàn không?

Trong phòng thí nghiệm ở Ulm, Đức, NVision điều chế “đường lượng tử” và tinh chế để an toàn khi tiêm vào bệnh nhân.

Anna Parker, giám đốc cấp cao về siêu phân cực NMR (cộng hưởng từ hạt nhân) của NVision cho biết: “Đây đều là những chất tự nhiên có trong cơ thể và chúng được tiêm vào trong điều kiện sinh lý bình thường nên hoàn toàn vô hại.

Theo bà, ưu điểm lớn của chụp cộng hưởng từ MRI là vô hại, có thể thực hiện bao nhiêu lần tùy ý mà không gây tổn thương cho bệnh nhân theo thời gian, không giống như phương pháp chụp PET-CT hoặc chụp X-quang khiến người bệnh phải tiếp xúc với bức xạ.

Điểm đặc biệt trong công nghệ mới này là nhưng hiệu ứng phân cực của công nghệ NVision chỉ kéo dài vài phút, vì vậy cần được thực hiện ngay trước khi chụp MRI. Tất cả những gì nhân viên y tế cần làm là đặt một lọ “đường lượng tử” của NVision vào máy siêu phân cực. Máy sử dụng parahydrogen để phân cực spin trong chất lỏng trong vòng chưa đầy 2 phút, sau đó “đường lượng tử” sẵn sàng được tiêm vào bệnh nhân.

Theo báo cáo của Nvision, một số trung tâm nghiên cứu ung thư hàng đầu thế giới đã thử nghiệm công nghệ này, trong đó có Memorial Sloan Kettering, MD Anderson và Mass General (Bệnh viện Đa khoa Massachusetts) ở Mỹ, Đại học College London, Cambridge ở Anh và Đại học ETH Zurich ở Châu Âu. Những hệ thống đầu tiên được đặt hàng và sẽ giao vào quý I/ 2024.

Công ty khởi nghiệp Đức đang hy vọng có thể nhanh chóng mở rộng quy mô hàng trăm nghìn bệnh nhân có thể được sử dụng công nghệ của doanh nghiệp. Công ty sẽ cung cấp máy phân cực và bộ dụng cụ  để tiêm cho các bệnh nhân trước khi chụp cộng hưởng từ MRI.

Hiện nay, Nvision tập trung vào mục tiêu chính là ung thư, nhưng khả năng theo dõi quá trình trao đổi chất bằng hình ảnh có thể giúp phát hiện ra nhiều tình trạng bệnh lý khác như bệnh tim, rối loạn thoái hóa thần kinh như bệnh Alzheimer, thậm chí cả rối loạn thấp khớp trước khi các triệu chứng của bệnh trở nên rõ ràng.

Ông Brosh tuyên bố: “Công nghệ này cho phép phát hiện và theo dõi tất cả những căn bệnh, bắt nguồn từ sự thay đổi trong quá trình trao đổi chất.”