让癌症在核磁共振扫描仪上可见

剑桥大学的凯文·布林德尔(Kevin Brindle)发明了一种追踪体内癌症的位置、生长和活动的方法。利用一个非常强大的磁铁，他使碳原子中心的原子核，比如糖，都朝同一个方向旋转。注射到病人体内后，这些糖被肿瘤吸收并利用，它们的碳原子的磁性排列自旋将它们交给磁共振扫描仪，这样它就能知道肿瘤在体内的位置。金妮·史密斯去看看它是如何工作的。

Kevin -通常，我们评估癌症治疗反应的方法是注意药物治疗，看肿瘤是否缩小。这种方法的问题是，你可能需要几天、几周甚至几个月的时间才能看到病人对治疗有反应的证据。我们一直感兴趣的是肿瘤生物学成像，它可以更早地给出药物是否真的影响肿瘤以及患者是否因此对治疗有反应的指示。通过现代疗法，我们已经知道，并非所有患者的反应都是一样的。所以，当你给病人一种新药时，你想要很快发现这种药物是否有效。有了我们正在开发的技术，我们认为我们可以在几小时或几天内判断出是否发生了什么。很明显，如果药物对那个病人不起作用你可以尝试另一种方法。

金妮:那么，你可以通过观察肿瘤内部的哪些东西来判断它是否受到了药物的影响?

凯文:在我们的研究中，我们取一个碳13标记的分子。我们可以把它注射到病人体内，然后我们可以描绘出碳13标记的分子的去向。我们可以想象它被肿瘤使用，通常，当我们治疗肿瘤时，我们看到它们使用这种分子的速度在下降。

金妮:那么，你把这个分子放在一个更大的分子里吗?

凯文:我们最近也使用了葡萄糖，但我们主要使用的是一种叫做丙酮酸的分子，这种分子会被肿瘤迅速吸收并转化为另一种叫做乳酸的分子。它们的反应速度告诉我们肿瘤细胞有多健康。

金妮:现在，我想你已经有了一个机器的例子，它实际上创造了你可以注射的样本。我可以看一下吗?

凯文-当然。我们下去看看好吗?

金妮——是的，听起来不错。好吧，我们走进了，看起来不太像一个普通的实验室。看起来更像是锅炉房。所以，有两个大的金属，闪闪发光的容器，还有很多电线和软管，还有各种各样的机器，都亮着灯。你能给我讲讲那些看起来很有趣的管子和旋钮之类的东西吗?

凯文-是的。我们现在看到的是，这个罐子是个磁铁。它的运行功率为3.35特斯拉，与之相比，地球磁场约为50微特斯拉。所以，我们的磁场比地球磁场强100多万倍。

金妮-这玩意儿会把这里的人弄糊涂的。

凯文-当然了。好了，我们要做的就是把样本放进磁铁的孔里然后把液氦喷到样本上。液氦的温度是4开尔文- 269摄氏度。然后我们放上真空你们能听到的声音是真空泵在运转。所以，通过煮沸氦，所消耗的能量将温度进一步降低到1.2开尔文。在这个温度下，自旋变得极化。

金妮-你这话到底是什么意思?

Kevin -举个例子，我们感兴趣的自旋碳-13，它是碳的同位素如果你把这些原子核放在磁场中，它们就像条形磁铁一样。它们有的顺场排列，有的反场排列。你有一点多余的，和场对齐。正是这种极化，这种轻微的过剩，产生了MRI实验中的信号。好吧，现在我们有麻烦了。我们有一个样本，我们把所有这些自旋都极化，但是温度是1开尔文。现在的关键是我们需要把它取出来，非常非常快，如果我们能做到这一点，我们就能保持自旋极化。这就是这个装置的作用。

金妮:好的，这是一根长管子，上面有一个看起来像量规的东西，另一根管子从上面伸出来，看起来你可以把它连接到什么东西上。

凯文-没错。

金妮-那是干什么用的?

凯文-好的，我们把溶解液放进去。我们在压力下加热它。温度上升到大约200摄氏度。然后我们打开这个阀门把超热的水喷到冷冻样本上然后把它从磁铁上喷出来非常非常快，快到我们保持了自旋极化。所以，这些原子核的自旋，这些碳-13的自旋现在都与场对齐，我们保留了它，但很快就失去了它。一旦你把它提高到室温，你就开始失去这种极化。然后我们再看另一个磁体在这个磁体中，我们就得到了我们想要成像的系统。然后我们可以注入这种物质，现在，我们有了这么多的信号，我们可以想象这个样本在体内的位置，然后我们可以观察它是如何被体内的细胞利用的，它是如何代谢的，它是如何从一种分子转化为另一种分子的。我们可以实时观察。

金妮-所以，这看起来不像我在医院看到的那种核磁共振成像仪。我猜你不会把人放进这里面吧。

凯文-不，它必须是一个相当苗条的人!它的孔径大约是9厘米，但我们最近获得了一个临床设备，它位于阿登布鲁克斯医院放射科的临床机器旁边。在一年左右的时间里，我们希望能在病人身上做我刚才描述的实验。

金妮-这些机器，又大又笨重。这就是你在医院里所需要的吗?

临床设备实际上是相当紧凑的，独立的。它会站在有成像磁铁的房间外面，它会吐出标记的材料，经过极化，我们可以直接注射到病人体内。

金妮-你觉得要过多久我们所有的医院才会把这当成标准?

Kevin -我们希望它能在10到15年内得到广泛应用。