Vilniaus universiteto fizikas dr. Laurynas Dagys

Vilniaus universiteto fizikas dr. Laurynas Dagys su tarptautine mokslininkų komanda pateikė naujus praktinius sprendimus, kurie gali būti itin naudingi tose srityse, kur šiandien taikomas magnetinis rezonansas. Jų naudojama hiperpoliarizacijos technika leidžia gerokai padidinti tradicinių metodų jautrumą. Prestižiniame mokslo žurnale „Science Advances“ publikuotas tyrimas atveria galimybes efektyvesnei ligų diagnostikai, mažesniems, pigesniems ir prieinamesniems prietaisams.

Efektyvesnės ligų diagnostikos link

Pasak fiziko, magnetinio rezonanso tomografijoje ir spektroskopijoje yra reikalingas geras kontrastas arba didelis jautris: „Kuo branduolių magnetinio rezonanso signalas didesnis – tuo kontrastas ir jautris geresni. Stiprus signalas yra gaunamas galinguose magnetuose, dėl to magnetinio rezonanso prietaisai yra tokie dideli ir brangūs.“

Mokslininkų taikomas hiperpoliarizacijos metodas leidžia išoriniu būdu padidinti signalo intensyvumą be stipraus magneto.

„Intensyvumas keliomis eilėmis išauga dėl išoriniu būdu padidintos branduolių poliarizacijos. Tai tarsi būdas priversti lemputę šviesti tūkstančius kartų skaisčiau“, – teigia fizikos mokslų daktaras.

Išspręsta praktinė problema

Anot jo, poliarizacija magnetiniame rezonanse, kaip ir optikoje, yra susijusi su tvarka: „Kuo daugiau branduolių magnetinių dipolių yra orientuoti ta pačia kryptimi, tuo tvarka ir poliarizacija didesnė. Pavyzdžiui, šaldytuvas suvenyrinius magnetukus traukia dėl elektronų magnetinių dipolių dalinės tvarkos, be tvarkos magnetukai nukristų. Taip yra ir su branduoliais – kuo tvarka, poliarizacija yra didesnė, tuo stipresnė jų sąveika ir magnetinio rezonanso signalas.“

Fizikas sako, kad signalas taip pat priklauso ir nuo medžiagos koncentracijos, todėl naudingiausia pasiekti ne tik aukštą poliarizaciją, bet ir didelę koncentraciją. Iki šiol mokslininkai susidurdavo su riba, „kai pasiekti abu tampa neįmanoma, nes tankiai ir vienodai orientuoti magnetiniai dipoliai patys sau daro įtaką. Mūsų tarptautinė komanda pademonstravo, kad trikdančią sąveiką tarp branduolių įmanoma nutraukti ir, pritaikius papildomą metodiką, hiperpoliarizacijos metodą vėl padaryti efektyvų.“

Spręsdami praktinę problemą, mokslininkai dirbo daugiau kaip dvejus metus. „Kartu, ir teoretikai, ir eksperimentatoriai, ieškojome sprendimų, kaip atkurti mūsų metodų efektyvumą itin koncentruotuose tirpaluose. Visų komandos narių indėlis yra esminis, kiekvieno jų reikėjo šiam darbui atlikti, vieni prisidėjo praktiškai, kiti per diskusijas, kurioms kelis kartus prireikė atskirų kelionių. Man asmeniškai šio komandinio darbo patirtis buvo labai įsimintina. Supratome, kad turbūt sutaupėme laiko kitiems tyrėjams, kurie stengiasi padidinti kontrastą ar jautrį naudodami panašius hiperpoliarizacijos principus“, – apie tyrimą pasakoja dr. L. Dagys.

Mažesni, pigesni ir greitesni prietaisai

VU Fizikos fakulteto mokslininkas teigia, kad šio tyrimo rezultatai yra aktualūs medžiagotyroje bei ateities medicinoje. Mokslininkams hiperpoliarizacijos būdu jautrį didinančios sistemos leidžia sutaupyti laiko, naudoti mažesnę ir prieinamesnę magnetinio rezonanso įrangą.

Labiausiai šios sistemos populiarėja onkologinių ligų diagnostikoje naujo tipo kontrastui sukurti. „Toks kontrastas parodo labiau ne struktūrinius audinių pakitimus, bet ląstelių medžiagų apykaitos pusiausvyrą, kuri ligų atveju sutrinka. Lokaliai stebint medžiagų pusiausvyrą pacientams diagnozuoti ligą ir suderinti gydymą galima aug greičiau. Naują kontrastą gaminantys prietaisai jau yra naudojami ir komerciškai prieinami, jų technologija laikui bėgant tik tobulėja“, – sako mokslininkas.

Dr. L. Dagio tyrimų sritis – branduolių magnetinio rezonanso spektroskopija, susijusi tiek su fundamentiniais reiškiniais, tiek su praktiniais pritaikymais medžiagotyroje ar ligų diagnostikoje. Jis yra vienas iš jaunųjų mokslininkų, kurie 2024 m. laimėjo VU fondo konkursą mokslinei veiklai vykdyti. Fizikos ir gamtos mokslus tyrėjas baigė VU, stažavosi Darmštato technikos universitete, Johanneso Guttenbergo universitete, Maxo Plancko institute Getingene, Kalifornijos universitete JAV, Sautamptono universitete Jungtinėje Karalystėje, dirbo klinikinių poliarizatorių sistemas kuriančioje Vokietijos įmonėje „NVision Imaging Technologies“. 2021 m. buvo apdovanotas Helmholco asociacijos Erwino Schrödingerio premija.