Forskere vil revolutionere diagnosticering og forebyggelse af sygdom ved hjælp af kvantesensorer

Menneskers sundhed afhænger af vores evne til at forebygge, diagnosticere og behandle sygdom, men i mange tilfælde er der ikke nogen symptomer i sygdommens tidlige stadier, hvor den ellers effektivt ville kunne behandles. Eksempler herpå er stofskiftesygdomme, mangelsygdomme, hjerte-kar-sygdomme og hjernesygdomme.

Udviklingen af kvantesensorteknologien gør det muligt for os at registrere og måle små ændringer i bevægelse og elektriske og magnetiske felter langt bedre end de klassiske sensorer. Med disse nye kvantebaserede muligheder kan man registrere svage signaler dybt inde i kroppen, som f.eks. svage elektromagnetiske impulser fra nerver, hjerte eller hjerne. Dette giver vigtige oplysninger, der kan gøre det nemmere at forebygge og opdage sygdom på et tidligere tidspunkt.

Copenhagen Center for Biomedical Quantum Sensing etableres med en bevilling på 150 mio. kr. fra Novo Nordisk Fonden. I forbindelse med dette nye ambitiøse forskningsprojekt arbejder forskere ved Københavns Universitet, DTU og University of Texas i Austin på at styrke brugen kvantesensor- og billedteknologi inden for medicinsk diagnostik og sundhed.

"Kvantesensorer hører til blandt de mest modne kvanteteknologier og har potentialet til i høj grad at forbedre medicinsk diagnostik. Danmark er en højborg inden for kvantesensorteknologi, og med vores bevilling ønsker vi at videreudvikle denne kraftfulde teknologi, så den kan bruges i praksis", siger Lene Oddershede, Senior Vice President i Novo Nordisk Fonden.

Det primære mål med det nye forskningssamarbejde er at udvikle og bruge nye principper og teknikker inden for kvantesensorteknologi til biomedicinsk diagnostik, som kan arbejde tæt på og ud over de standardiserede kvantegrænser for følsomhed, sikre ultrafølsomme platforme til tidlig opdagelse af sygdomme og gøre det nemmere at foretage dybtgående undersøgelser af cellulære systemer i en hidtil uset skala og med stor præcision.

Sygdomsforebyggelse
På Københavns Universitet vil forskere fokusere på at udvikle superfølsomme sensorer, der har potentiale til at være mere præcise end de nuværende avancerede metoder til opdagelse af sygdomme:

"Sensorer, der måler elektromagnetiske felter, er kernekomponenterne inden for moderne medicinsk diagnostik. Vores mål er at udnytte grundlæggende begreber inden for kvantefysik, som f.eks. kvantemekanisk superposition og sammenfiltring, til at udvikle sensorer, hvis følsomhed er højere end de almindelige kvantegrænser. Med kvantesensorerne bliver det nemmere at forebygge og opdage sygdomme på et tidligt tidspunkt," siger Eugene Polzik, professor ved Niels Bohr Institutet  på Københavns Universitet, og leder af Copenhagen Center for Biomedical Quantum Sensing.

samarbejde med hospitaler og eksperter inden for biomedicin er målet at udvikle nye metoder ved hjælp af atom- og kvanteteknologi, der kan bruges til nogle af de mest presserende sundhedsmæssige problemer, som f.eks. tidlig diagnosticering af hjerte- og hjerneanomalier, opdagelse af stofskifteændringer, forebyggelse af fejlernæring, nervedegeneration og reaktion på antibiotika.

Mark Raizen, professor i fysik og pædiatri ved University of Texas i Austin og grundlægger og formand for bestyrelsen for Pointsman Foundation, vil fokusere på forskning i forbindelse med den globale kamp mod jernmangel, som rammer omkring halvdelen af alle børn i verden og er ødelæggende for hjernefunktionen. Universitetet har udviklet en ny, meget nøjagtig test til vurdering af optagelsen af jerntilskud hos spædbørn og småbørn, men den er i øjeblikket for dyr og kræver for stor en blodprøve til at den kan bruges mere udbredt.

"Vi ønsker at tage denne grundlæggende videnskab og gøre den overkommelig og arbejde med mindre prøver, så den kan bidrage positivt i samfundet. Jeg elsker at se fysik virkelig gøre en forskel i folks liv," siger Mark Raizen.

Et andet mål er at bruge kvantesensorteknologien til at udvikle mere effektive og pålidelige metoder til at diagnosticere alvorlige medicinske tilstande som kronisk nyresygdom ved at undersøge nye potentielle følsomme biomarkører. På DTU vil forskere arbejde med eksperimentel optisk fysik og faststoffysik inden for kvantesensorteknologi og behandling af kvanteinformation:

 "Vores bidrag vil fokusere på udvikling af nyskabende kvantesensorer baseret på farvecentre i diamanter og på kvante-sammenfiltret lys, som vil gøre det muligt at undersøge biologiske systemer med en hidtil uhørt nøjagtighed”, siger Ulrik Lund Andersen, professor ved Institut for Fysik på DTU.

Han ser med "stor forventning" frem til de fremskridt, som "den fælles indsats vil bringe indenfor biomedicinsk forskning og sundhed".

Fakta

Novo Nordisk Fonden har for nylig foretaget betydelige investeringer i kvanteteknologi, herunder en bevilling til Novo Nordisk Foundation Quantum Computing Programme og finansiering til Quantum Foundry Copenhagen P/S. Det internationale forskningssamarbejde om kvantesensorteknologi vil konsolidere og markant styrke aktiviteten i Danmark, fremme international synergi og sikre overførsel af teknologi til brug i klinisk praksis. Copenhagen Center for Biomedical Quantum Sensing finansieres i første fase af Novo Nordisk Fonden, og i fase 2 vil der blive søgt finansiering i samarbejde med Pointsman Foundation, en uafhængig almennyttig fond med base i Austin, Texas.

Yderligere information

Jakob Stein, Kommunikationsspecialist, Novo Nordisk Fonden,
+45 3056 4940, jse@novo.dk

Eugene Polzik, Centerleder og professor, Københavns Universitet, Copenhagen, 
+45 2338 2045, polzik@nbi.ku.dk

Ulrik Lund Andersen, Professor og sektionsleder, Danmarks Tekniske Universitet, 
+45 2985 6067, ulrik.andersen@fysik.dtu.dk

Marc Airhart, Kommunikationskoordinator, University of Texas i Austin,
+1 512 232 1066, mairhart@austin.utexas.edu