Ένας φυσικός κι ένας χημικός μοιράζονται το Νόμπελ Ιατρικής-Φυσιολογίας για το 2003

Από το δίκτυο, 6 Οκτωβρίου 2003

Σε έναν φυσικό του Πανεπιστημίου του Nottingham στην Αγγλία, τον Peter Mansfield, απενεμήθη το μισό βραβείο Νόμπελ Ιατρικής 2003. Το άλλο μισό απενεμήθη στον Αμερικανό χημικό Paul Lauterbur, του Πανεπιστημίου του Illinois, για τις ανακαλύψεις τους πάνω στη λήψη ευκρινών εικόνων των εσωτερικών οργάνων με τη βοήθεια της πυρηνικής μαγνητικής τομογραφίας (MRI), τη δεκαετία του 1970, στην Ιατρική. Μέχρι τότε χρησιμοποιούνταν μόνο για τον προσδιορισμό της δομής των χημικών ουσιών.

Όπως αναφέρει η επιτροπή που απένειμε τα βραβεία, οι ανακαλύψεις τους αποτέλεσαν τομή στην ιατρική διαγνωστική και έρευνα. Κυρίως, όμως, η μορφή αυτή της απεικόνισης χρησιμοποιείται στον εγκέφαλο και άλλα όργανα.

Την τελευταία χρονιά πάνω από 60 εκατομμύρια εξετάσεις έγιναν στα νοσοκομεία με MRI. Ενώ σήμερα αποτελεί μια ευρύτατα χρησιμοποιούμενη διαγνωστική μέθοδος. Αντικατέστησε πολλές άλλες, επεμβατικές μεθόδους εξέτασης και επέτρεψε την απεικόνιση εσωτερικών οργάνων με μοναδική ακρίβεια και ασφάλεια.

Υπάρχουν δε περίπου 22.000 μηχανήματα σε όλο τον κόσμο.

O Paul Lauterbur γεννήθηκε Sidney του Ohio, το 1929 και σπούδασε χημικός στο Cleveland. Το έργο του επέτρεψε τη δημιουργία δισδιάστατων εικόνων με την εισαγωγή μεταβαλλόμενου μαγνητικού πεδίου. Η ανάλυση των χαρακτηριστικών των ραδιοκυμάτων που εκπέμπονται μπορεί να προσδιορίσει την πηγή τους. Ο Lauterbur δημιούργησε πρώτος δισδιάστατες απεικονίσεις εσωτερικών οργάνων με την τεχνική του πυρηνικού συντονισμού. Από το 1985 είναι καθηγητής στο Πανεπιστήμιο του Illinois.

Ο Peter Mansfield γεννήθηκε στη Βρετανία το 1933 και είναι φυσικός. Συνέχισε το έργο του Lauterbur στην χρήση του μαγνητικού πεδίου. Κατάφερε να δείξει με ποιον τρόπο τα σήματα που εκπέμπει το ανθρώπινο σώμα, αντιδρώντας στο μαγνητικό πεδίο, είναι δυνατόν να αναλυθούν μαθηματικώς. Ο Mansfield απέδειξε ότι η απεικόνιση μπορούσε να είναι εξαιρετικά γρήγορη, αν και πέρασε μία δεκαετία προτού η ταχύτητα αυτή να γίνει τεχνικά εφικτή. Ο Mansfield είναι από το 1979 καθηγητής στο Πανεπιστήμιο του Nottingham στην Αγγλία. Είναι μέλος 5ης Βασιλικής Εταιρίας και επίτιμο μέλος του Ινστιτούτου Φυσικής. Χρήστηκε ιππότης το 1993. 

Τα Νόμπελ απονέμονται στη Στοκχόλμη κάθε χρόνο, από το 1901, στις 10 Δεκεμβρίου, την επέτειο θανάτου του Άλφρεντ Νόμπελ. Συνοδεύονται δε από χρηματικό βραβείο 1.3 εκατ. δολαρίων.

Μαγνητικός συντονισμός των πυρήνων

Οι μαγνητικές ιδιότητες του πυρήνα - η βάση του MRI - μετρήθηκαν για πρώτη φορά από τον Isidor Rabi στα μέσα της δεκαετίας του 1930, ενώ οι Felix Bloch και Edward Purcell ανεξάρτητα ο ένας από τον άλλο ανακάλυψαν τον πυρηνικό μαγνητικό συντονισμό το 1946.  Και οι τρεις πήραν βραβείο Νόμπελ για τις ανακαλύψεις τους: Ο Rabi το 1944 και οι Bloch - Purcell το 1952.

Το 1973 ο Lauterbur, τότε στο Πολιτειακό πανεπιστήμιο της Νέας Υόρκης, στο Stony Brook, ανακάλυψε ότι ήταν δυνατόν να πάρουμε δισδιάστατες εικόνες του δείγματος με προσθήκη μιας ανομοιογένειας στο μαγνητικό πεδίο. Ο Mansfield τότε έδειξε πως η αποκαλούμενη τεχνική της επίπεδης ηχούς θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για να αυξήσει κατά πολύ το ρυθμό συλλογής των δεδομένων για το σχηματισμό της εικόνας, κάνοντας έτσι τη μέθοδο πρακτικά χρησιμοποιήσιμη. Οι περισσότερες εφαρμογές του MRI στηρίζονται στην απεικόνιση του υδρογόνου, που βρίσκεται στα μόρια του νερού. 

Στον μαγνητικό συντονισμό, ένα δείγμα τοποθετείται μέσα σε ισχυρό μαγνητικό πεδίο (περίπου χίλιες φορές μεγαλύτερο από αυτό της Γης) και στη συνέχεια ακτινοβολείται με ραδιοκύματα. Οι πυρήνες των ατόμων υδρογόνου στο δείγμα απορροφούν τα ραδιοκύματα και στη συνέχεια τα επανεκπέμπουν σε συχνότητα που εξαρτάται από την μαγνητική ροπή του πυρήνα και την ένταση του μαγνητικού πεδίου. Μετρώντας τα κύματα αυτά είναι δυνατόν να μάθουμε για τη χημική δομή του δείγματος. 

Οι ιστοί απεικονίζονται με διαφορετικό τρόπο, γιατί διαφέρει η περιεκτικότητα τους σε νερό. Όμως αυτοί που έχουν μεγαλύτερη συγκέντρωση σε νερό φαίνονται πιο ανοικτοί, ενώ η κατανομή του νερού και άλλων μικρών μορίων που είναι πλούσια σε υδρογόνο πχ λιπίδια αλλοιώνεται σε αρκετές παθολογικές καταστάσεις όπως στον καρκίνο.

Είναι γνωστό ότι όταν βρεθούν μέσα σε ένα ισχυρό μαγνητικό πεδίο, οι πυρήνες του υδρογόνου περιστρέφονται με συχνότητα που εξαρτάται από την ένταση του πεδίου, όπως και όλα τα άτομα του υδρογόνου είναι ευθυγραμμισμένα προς μια ιδιαίτερη κατεύθυνση.

Η ενέργειά τους αυξάνεται αν απορροφήσουν ραδιοκύματα της ίδιας συχνότητας με την οποία περιστρέφονται (συντονισμός).

Όταν ο παλμός τελειώσει οι πυρήνες επιστρέφουν πάλι στην προηγούμενη ενεργειακή τους κατάσταση και εκπέμπουν ραδιοκύματα.

Αυτά λοιπόν τα ραδιοκύματα, που εκπέμπονται από τους πυρήνες-ραδιομεταδότες, συλλαμβάνονται και μετρούνται από ειδικά μηχανήματα. Έτσι εντοπίζοντας την ακριβή θέση των πυρήνων υδρογόνου, ο μαγνητικός τομογράφος μπορεί να αναδημιουργήσει την ακριβή εικόνα ενός οργάνου.

Και, φυσικά, ανάλογα επιτρέπουν στους υπολογιστές να καθορίσουν την περιεκτικότητα σε νερό κάθε τμήματος του ιστού που ανιχνεύεται.

Αξίζει να σημειωθεί ότι η επιλογή των επιστημόνων που βραβεύονται με Nόμπελ κάθε χρόνο δεν διέπεται από κανόνες.

Ο Άλφρεντ Νόμπελ, είχε απλώς προσδιορίσει ότι αυτός που θα βραβευθεί θα πρέπει να έχει κάνει «τη σημαντικότερη ανακάλυψη σε κάποιον τομέα φυσιολογίας ή ιατρικής». Η επιτροπή που επιλέγει αυτόν ή αυτούς που θα βραβευθούν δέχεται προτάσεις από νομπελίστες περασμένων ετών, καθηγητές Ιατρικής και άλλους διαπρεπείς επιστήμονες από όλον τον κόσμο, προτού αποφασίσει το φθινόπωρο.

Το 2002, εξάλλου, βράβευσε με Νόμπελ τρεις επιστήμονες (δύο Βρετανούς και έναν Αμερικανό) που ανακάλυψαν τη γενετική ρύθμιση ανάπτυξης των οργάνων και τη διαδικασία της προγραμματισμένης κυτταρικής αυτοκτονίας.

Μάλιστα η επιτροπή αποφασίζει υπό συνθήκες πλήρους μυστικότητας και η ταυτότητα «των χαμένων υποψηφίων» δεν γίνεται γνωστή προτού περάσει μισός αιώνας.