В интересах развития науки и повышения престижа работы исследователей Российская академия наук инициирует новый проект – «Открытый лекторий». Это проведение публичных лекций по актуальным вопросам развития науки, формированию мировых исследовательских фронтов, научно-технологическому прогнозированию и представлению выдающихся научных достижений российских и зарубежных исследователей членами Российской академии наук, профессорами РАН и ведущими учеными академических институтов.
Открытый лекторий ждет всех желающих школьников, студентов, аспирантов, молодых ученых и преподавателей на открытых лекциях, которые будут проводиться на базе Центрального дома ученых РАН (Москва, ул. Пречистенка, 16).
Первая открытая лекция будет проведена профессором РАН, ассистент-профессором Университета Вандербильт (США) Чекменевым Эдуардом Юрьевичем 22 марта в 16 часов (продолжительность 1,5 ч.). Тема лекции «Гиперполяризация ядерных спинов и её применение в биомедицине». Она посвящена современным тенденциям изучения ядерных спинов и основным способам приготовления гиперполяризованных контрастных агентов для молекулярной МРТ. Также будут представлены примеры их удачного использования для диагностики рака, хронических заболеваний легких и других заболеваний и нарушений.
Чекменёв Эдуард Юрьевич окончил Пермский государственный университет по специальности «Органическая химия», затем продолжил обучение по направлению «Физическая химия» в США в Университете Луисвилля, где получит степень PhD. Областью научных интересов Чекменёва Э.Ю. является химия ЯМР гиперполяризованных состояний и МРТ гиперполяризованных контрастных агентов. На данный момент работает ассистент-профессором Университета Вандербильт. Общий научный стаж составляет 12 лет.
Помимо научной деятельности Чекменёв Э.Ю. ведет активную экспертную работу, является членом крупных научных профессиональных организаций (Международное общество магнитного резонанса в медицине и Американского химического общества), выступает в качестве рецензента заявок на финансирование.
Что касательно самой темы лекции, то спин — собственный момент импульса элементарных частиц, атомного ядра или атома.
Спин измеряется в единицах ħ[1] (приведённой постоянной Планка, или постоянной Дирака) и равен ħJ, где J — характерное для каждого сорта частиц целое (в том числе нулевое) или полуцелое положительное число — так называемое спиновое квантовое число, которое обычно называют просто спином (одно из квантовых чисел).
Самый простой пример спина — это целый спин равный 1:
если взять вектор (для примера — положить ручку на стол) и повернуть его на 360 градусов, то этот вектор вернется в свое первоначальное состояние (ручка опять будет лежать так же, как и до поворота).
Также легко представить себе спин равный 0:
это точка — она со всех сторон выглядит одинаково, как её ни крути.
Ещё один пример объекта который требует поворота на 720 градусов для возврата в начальное положение.
Чуть сложнее с целым спином равным 2:
нужно будет придумать объект, который ведёт себя так же, как в предыдущем примере со спином 1, но при повороте на 180 градусов (то есть вдвое меньше полного оборота) — это тоже просто — нужно взять двунаправленный вектор (примером из жизни может служить обычный карандаш, только заточенный с двух сторон или не заточенный вообще — главное чтобы был без надписей и однотонный, Хокинг в качестве примера приводил обычную игральную карту типа короля или дамы[7]) — и тогда после поворота на 180 градусов он вернется в положение, не отличимое от исходного.
А вот c полуцелым спином равным 1/2 уже придётся выходить в 3 измерения:
здесь нужно будет взять лист Мёбиуса и представить, что по нему ползет муравей, тогда, сделав один оборот (пройдя 360 градусов), муравей окажется в той же точке, но с другой стороны листа, а чтобы вернуться в точку, откуда он начал, придётся пройти все 720 градусов.
Ядерные спины имеют очень маленькую разницу в заселенности Зеемановских уровней – параметр, называемый поляризацией ядерных спинов. Даже при использовании сильных магнитных полей (например 3 Tесла МРТ сканера), уровень поляризации составляет 10-6 – 10-5 для большинства видов стабильных ядер применяемых в биомедицине: протонов, С-13, N-15 и т.д. Как результат, МРТ является относительно нечувствительным методом томографии, поскольку чувствительность ЯМР и МРТ прямо пропорциональна поляризации спинов.
Процесс гиперполяризации позволяет достичь (искусственно и временно) уровня поляризации спинов вплоть до теоретического уровня единицы, позволяя увеличить чувствительность МРТ в миллионы раз. Гиперполяризованные элементы и соединения успешно детектируются внутри живого организма при концентрациях на уровне миллимолярных, позволяя молекулярное томографирование методом МРТ многих процессов метаболизма и функции органов. Например, клинические испытания по визуализации процессов гликолиза рака и функциональной томографии легких были продемонстрированы не только в животных, но и уже прошли первые клинические испытания в волонтерах.
Помимо возможности получения уникальной информации по визуализации процессов на молекулярном уровне, МРТ сканирование с помощью гиперполяризованных соединений (также называемых контрастными агентами) может быть произведено за секунды (например, на одном вдохе пациента). Более того чувствительность процесса сканирования не зависит от силы магнитного поля МРТ сканера, и низкопольные (и недорогие) МРТ сканеры могут быть потенциально использованы для существенного удешевления процедуры молекулярного МРТ.
Приглашаем всех желающих принять участие в открытой лекции. Вход свободный.
Мальцева Татьяна Сергеевна
Заместитель руководителя Центра
стратегического планирования развития науки,
экспертизы и научного консультирования РАН
