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Can tissue oxidation be sensed by positronium?

Descrizione del progetto

Un balzo in avanti nella rilevazione della perdita di ossigeno nei tessuti umani

L’ipossia, o bassi livelli di ossigeno, è un fattore fondamentale nelle principali cause di mortalità, tra cui il cancro. Rilevarla accuratamente è essenziale, dal momento che influenza notevolmente la progressione della malattia e gli esiti del trattamento. Il progetto POSITRONIUM, finanziato dal CER, si propone di sviluppare un nuovo sistema di tomografia per descrivere il comportamento del positronio (un atomo a vita breve che si forma naturalmente durante le scansioni PET e le cui proprietà cambiano a seconda dei livelli di ossigeno). Il progetto intende verificare se l’entanglement quantistico dei fotoni rilasciati durante il decadimento del positronio possa rivelare segni di ipossia; inoltre, misurerà questi fotoni entangled tramite un sistema di tomografia personalizzato.

Obiettivo

A method for non-invasive assessment of hypoxia (deficit of oxygen in tissue) is keenly awaited in medicine. This project is motivated by the exciting question whether it is possible to assess the concentration of oxygen in the tissue by detecting photons from positronium decays inside cells. Positronium (a bound state of an electron and positron) is copiously produced in the human body during positron emission tomography. Its properties in tissue depend on the size of the intramolecular voids and the concentration of molecular oxygen. Thus, it is plausible to expect that positronium may serve as a biomarker of tissue oxidation. Yet is this really the case? Is it at all possible to disentangle annihilation of positronium after it interacted with oxygen from the annihilation with electrons from the tissue’s atoms? This question has no a priori answer because the number of classical observables accessible by the measurement of annihilation photons is less than the number of mechanisms leading to positron annihilation in the tissue.
Here we put forward the fundamentally new hypothesis that tissue oxidation may be sensed by the measurement of the degree of entanglement of photons from positronium. Theoretically, these photons are quantum entangled in polarization and exhibit non-local correlations. The entanglement is reflected in the distribution of relative angle between photons’ polarization planes. We hypothesize that such distributions are sensitive to tissue hypoxia. This leads to the expectation that the degree of entanglement for photons from positronium interacting with dissolved oxygen differs from the case when it annihilates by picking-off an electron from a molecule. Answers to these fundamental questions will be delivered for the first time. The project will be implemented by using a unique tomography system invented by the PI facilitating imaging of positronium lifetime and detecting the polarization of photons from the positronium annihilation.

Campo scientifico (EuroSciVoc)

Parole chiave

Programma(i)

Argomento(i)

Meccanismo di finanziamento

HORIZON-ERC - HORIZON ERC Grants

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Invito a presentare proposte

(si apre in una nuova finestra) ERC-2024-ADG

Vedi tutti i progetti finanziati nell’ambito del bando

Istituzione ospitante

UNIWERSYTET JAGIELLONSKI
Contributo netto dell'UE
€ 2 500 000,00
Indirizzo
UL GOLEBIA 24
31-007 Krakow
Polonia
Regione
Makroregion południowy Małopolskie Miasto Kraków
Tipo di attività
Higher or Secondary Education Establishments
Collegamenti
Costo totale
Nessun dato

Beneficiari (1)