Projektbeschreibung
Mit Magnetresonanztomografie könnten sich Erkrankungen an ihren Stoffwechselsignaturen erkennen lassen
Die gemeinsame Forschung an der Bildgebung mit Kernspinresonanz- und Magnetresonanztomografie ist ein hervorragendes Beispiel dafür, wie interdisziplinäre Zusammenarbeit Wissenschaft und Gesellschaft voranbringt. Beide Forschungsfelder haben von der Chemie bis zu den biologischen Naturwissenschaften in einer Vielzahl von Fachbereichen nennenswerte Fortschritte ermöglicht. Doch da beide Methoden per se nur eine geringe Sensitivität aufweisen, können sie nicht für Untersuchungen im Nanomaßstab eingesetzt werden und damit auch keine Stoffwechselprozesse abbilden. Das EU-finanzierte Projekt HyperQ will daher nun Methoden entwickeln, mit denen sich die Festkörperspins bei Zimmertemperatur kontrollieren lassen. Dadurch steigt die Spinpolarisation um mehrere Größenordnungen über das thermische Gleichgewicht, was für die moderne Magnetresonanztomografie eine Revolution darstellt. Mit der Technologie von HyperQ werden in Zukunft Stoffwechselsignaturen von Krebs, der Alzheimer-Krankheit und vielen weiteren neurodegenerativen Erkrankungen sichtbar gemacht.
Ziel
Many of the most remarkable contributions of modern science to society have arisen from the interdisciplinary work of scientists enabling novel methods of imaging and sensing. Outstanding examples are nuclear magnetic resonance (NMR) and magnetic resonance imaging (MRI) which have enabled fundamental insights in a broad range of sciences extending from Chemistry to the Life Sciences. However, the key challenge of NMR and MRI is their very low inherent sensitivity due to the weak nuclear spin polarisation under ambient conditions. This makes the extension of magnetic resonance to the nanoscale (small volumes) and to the observation of metabolic processes (low concentrations) impossible.
HyperQ will address this challenge with the development of room-temperature quantum control of solid-state spins to increase nuclear spin polarisation several orders of magnitude above thermal equilibrium and thereby revolutionise the state-of-the-art of magnetic resonance. Essential for this development is the synergy of an interdisciplinary team of world leaders in quantum control and hyperpolarised magnetic resonance to enable the development of quantum control theory (“Quantum Software”), quantum materials (“Quantum Hardware”), their integration (“Quantum Devices”) and applications to biological and medical imaging (“Medical Quantum Applications”). HyperQ will target major breakthroughs in the field of magnetic resonance, which include chip-integrated hyperpolarisation devices designed to operate in combination with portable magnetic resonance quantum sensors, unprecedented sensitivity of bio-NMR at the nanoscale, and biomarkers of deranged cellular metabolism.
The HyperQ technology will provide access to metabolic processes from the micron to the nanoscale and thereby insights into metabolic signatures of a broad range of disease such as cancer, Alzheimer and the mechanisms behind neurodegenerative disease. This will enable fundamentally new insights into the Life Sciences.
Wissenschaftliches Gebiet
- natural sciencescomputer and information sciencessoftware
- medical and health sciencesbasic medicineneurologydementiaalzheimer
- engineering and technologyelectrical engineering, electronic engineering, information engineeringelectronic engineeringsensors
- medical and health sciencesclinical medicineoncology
- engineering and technologymedical engineeringdiagnostic imagingmagnetic resonance imaging
Schlüsselbegriffe
Programm/Programme
Thema/Themen
Finanzierungsplan
ERC-SyG - Synergy grantGastgebende Einrichtung
89081 Ulm
Deutschland