Khi nói đến cộng hưởng từ - magnetic resonance, chúng ta thường nghĩ đến một chiếc máy chụp cộng hưởng từ đồ sộ hàng triệu đô la, một người nằm trong đó và được đưa đi đưa lại trên chiếc giường, và từ đó từng tổn thương nhỏ của cơ thể được phơi bày. Nhưng giờ đây khi nhắc đến cộng hưởng từ ta cần phải chú ý đến một vấn đề khác. Một nhóm các nhà khoa học dẫn đầu là giáo sư Ralph Weissleder của Massachusetts General Hospital (MGH) đã phát triển một thiết bị chẩn đoán cộng hưởng từ cầm tay (handheld diagnostic magnetic resonance – DMR) có thể chẩn đoán ung thư chỉ trong một giờ đồng hồ với độ chính xác cao. DMR rất nhạy, chỉ cần có mẫu sinh thiết từ một kim sinh thiết nhỏ, sẽ đỡ đau hơn rất nhiều so với phẫu thuật thông thường hay sử dụng kim sinh thiết to.

 

 

Để hiểu các nguyên tắc cơ bản của cộng hưởng từ, bạn có thể tưởng tượng ra một la bàn từ tính, đó là một nam châm nhỏ đặt trên một trục và có thể xoay tự do quanh một điểm cân bằng. Các lực từ tính giữa nam châm và từ trường của Trái đất làm cho kim la bàn xếp dọc theo từ trường Trái đất – kim chỉ về hướng Bắc. Nhưng khi kim bắt đầu ổn định, nó dao động theo chiều kim đồng hồ hoặc ngược chiều kim đồng từ sự liên kết lý tưởng với trường của Trái đất. Dao động này có một tỷ lệ đặc trưng được gọi là tần số cộng hưởng từ.

 

 

Bây giờ đến phần phức tạp hơn. Đặt la bàn giữa các cực của nam châm điện để từ trường của nam châm điện vuông góc với từ trường Trái đất, và thay thế từ trường của Trái đất bằng một từ trường tĩnh của một nam châm. Nếu bạn đặt giữa hai đầu nam châm điện dòng điện một chiều, kim la bàn chỉ xoay đến một vị trí nhất định nào đó. Tuy nhiên, nếu bạn sử dụng dòng điện xoay chiều, kim la bàn sẽ dao động qua lại.

 

Nếu tần số của dòng điện xoay chiều bằng tần số cộng hưởng từ, một phần năng lượng sẽ được truyền tới kim la bàn - nó sẽ rung động nhanh và mạnh hơn do kim hấp thụ năng lượng từ từ trường dòng xoay chiều. Khi kim lấy năng lượng từ từ trường dòng xoay chiều, sẽ cần thiết phải tăng năng lượng dòng xoay chiều để bù lại lượng bị mất. DMR phát hiện từ trường quay trong một mẫu bằng cách đo năng lượng bị mất từ ​​nam châm điện xoay chiều.

 

 

 

Thiết bị DMR của Weissleder là thiết bị chẩn đoán ung thư nhỏ nhất thế giới, và cũng là thiết bị nhỏ nhất sử dụng cộng hưởng từ. Các nam châm siêu dẫn lớn được thay thế bởi một nam châm vĩnh cửu đường kính 8 cm (3,15 inch) và dài 5,5 cm (2,17 inches). Nam châm được thiết kế cho các thiết bị DMR nhỏ, cung cấp vùng từ trường đều 1,2 cm (0,5 inch) giữa các cực của nam châm. Sức mạnh của từ trường là 0,5 Tesla, khá nhỏ so với 1,5-3 Tesla của từ trường trong hầu hết các máy MRI, nhưng vẫn mạnh hơn từ trường Trái Đất 10000 lần.

 

 

Nhóm nghiên cứu thuộc MGH đã thực hiện một loạt thí nghiệm biotagging – đánh dấu sinh học, trong đó các hạt nano từ tính được gắn vào các kháng thể đặc hiệu của các marker ung thư trên tế bào. Các hạt nam châm nano được bắn vào mẫu sinh thiết, nếu có kháng thể đặc hiệu (đã được gắn sẵn trên tế bào ung thư) thì các hạt này sẽ gắn chặt lại đây. Tín hiệu cộng hưởng từ của những hạt này sẽ cho thấy sự xuất hiện của tế bào ung thư trong mẫu sinh thiết.

 

 

 

Weissleder của đội nhanh chóng phát hiện ra rằng không một marker ung thư nào trong số các mẫu thử nghiệm hành động như một "smoking gun". Cần phải có một bảng chẩn đoán dành cho những marker ung thư để có thể có được chẩn đoán rõ ràng nhất. Nhóm nghiên cứu của ông đã thử nghiệm trên những mẫu sinh thiết khối u của 50 bệnh nhân ung thư, tìm kiếm sự hiện diện hay vắng mặt của một trong 12 marker ung thư. Từ kết quả nghiên cứu, họ phát hiện ra một tập hợp 4 marker ung thư có tín hiệu DMR cho thấy sự hiện diện của tế bào ung thư trong 48/50 bệnh nhân.

 

Bảng chẩn đoán này sau đó đã được áp dụng cho 20 bệnh nhân nữa, và sự xuất hiện của khối ung thư đã được khẳng định trên tất cả 20 bệnh nhân. Các test thông thường, sử dụng cách nhuộm màu tế bào rồi soi dưới kính hiển vi, có độ chính xác là khoảng 84%; trong đó với các test DMR thì độ chính xác lên tới 96%. Các test thông thường phải mất 2 đến 3 tuần để nhận được kết quả, còn với test DMR chỉ mất có một giờ đồng hồ.

 

Bước đầu DMR test có thể áp dụng để chẩn đoán một lượng lớn các bệnh lý mà thường mất thời gian để làm các xét nghiệm mô học. Hãy hy vọng rằng, trong tương lai, mỗi phòng khám ung thư sẽ đều có một chiếc máy DMR như thế này.