Progetto ELIO 3

 

sistema ELIO3

emissione luminosa dell'elio in fase di pompaggio ottico

 

Sistemi di iperpolarizzazione di gas, in particolare Elio3 (3He), da utilizzarsi in risonanza magnetica nucleare per la diagnosi di malattie e lesioni polmonari.

La MRI (Magnetic Resonance Imaging) è una tecnica spettroscopica largamente impiegata, fin dai primi anni ’80, per la diagnosi di una vasta gamma di patologie che riguardano la maggior parte degli organi che compongono gli esseri umani. Fra le patologie più importanti, per le quali la MRI ha rappresentato un sensibile miglioramento della capacità diagnostica, sono da ricordare i tumori, le lesioni del sistema nervoso centrale e le cardiovasculopatie.

Ricercare e studiare nuove tecniche diagnostiche da applicare in MRI ha il significato oggi di permettere la loro diffusione immediata sul territorio nazionale facilitando così le attività di prevenzione e diagnosi al paziente. Le patologie dell’apparato respiratorio come tumori polmonari, tubercolosi, broncopneumopatia cronica ostruttiva (BPCO) sono una delle principali cause di morte e ci si aspetta che la loro incidenza cresca nel futuro.

La particolare struttura dei polmoni, con una bassa densità tessutale, limita fortemente l’utilità diagnostica delle tecniche di imaging più diffuse: la tomografia computerizzata (CT) e la risonanza magnetica (MRI). Si consideri che tecniche come la CT e la PET (Positron Emission Tomography) utilizzano radiazioni ionizzanti che sono, come dimostrato da qualche decennio, dannose all’uomo. In risonanza magnetica si utilizzano radiazioni non ionizzanti, meno pericolose e quindi più compatibili con le linee guida della comunità europea di diminuzione della dose (radiazioni ionizzanti assorbite) al paziente.

Il nostro obbiettivo finale è stato quello di rendere disponibile e immediatamente fruibile una nuova tecnica di imaging non invasiva per le lesioni e le patologie polmonari che utilizza in MRI i gas iperpolarizzati in particolare l’isotopo stabile dell’elio (elio 3) 3He. L’idea è fornire a centri di cura e di diagnostica presenti sul territorio nazionale dotati di strumentazione per risonanza magnetica nucleare (MRI), di utilizzare una nuova tecnica diagnostica per le malattie polmonari mediante l’uso di gas iperpolarizzati.

Tale tecnica diagnostica, su cui ampia ricerca si sta svolgendo negli ultimi anni, sta attualmente uscendo dalla fase preclinica dopo aver ampiamente dimostrato le proprie potenzialità. In Italia non sono presenti centri e/o aziende in grado di fornire tali sistemi o il relativo servizio, né gruppi italiani sono in contatto con facilities di produzione in ambito europeo. Si configura così la possibilità di andare a colmare una lacuna presente attualmente in un campo, quello dell’imaging morfologico e funzionale dei polmoni mediante MRI con gas iperpolarizzati, che è più che ragionevole immaginare avrà un notevole sviluppo in un futuro prossimo, proprio nell’ottica dell’abbattimento della dose al paziente.

La nostra tecnica di produzione è basata sul pompaggio ottico di uno stato metastabile (MEOP) in presenza di un campo magnetico esterno. Mediante scariche elettriche una piccola frazione di atomi di elio si portano nello stato eccitato metastabile e con pompaggio ottico, tramite luce di lunghezza d’onda pari a 1083 nm, tali atomi vengono portati nello stato in cui l’elettrone esterno è polarizzato. Il gas deve essere mantenuto in contenitori rivestiti di particolari materiali per minimizzare il primo effetto e mantenuto in un ambiente caratterizzato da un campo magnetico molto uniforme per ridurre il secondo.

Anche la somministrazione del gas al paziente va eseguita con cura. In genere si tende ad evitare il più possibile che il gas si mescoli all’ossigeno prima dell’inalazione. Questo perché le molecole di ossigeno sono paramagnetiche e causano la perdita della polarizzazione. A tal fine si deve disporre di un sistema che somministri al paziente ossigeno e gas in rapida successione minimizzando il miscelamento tra i due prima dell’ingresso nelle vie respiratorie.

 

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