Detector de Traços de Diamante: Magnetômetro Quântico Endoscópico Dirá ao Cirurgião Onde Procurar Linfonodos Sentinela

Físicos da Universidade de Warwick demonstraram um protótipo de magnetômetro endoscópico de diamante para oncocirurgia. O sensor utiliza centros de nitrogênio-lacuna (NV) em diamante e lê campos magnéticos do traçador de óxido de ferro MagTrace™ – o mesmo utilizado na biópsia de linfonodo sentinela em cirurgia de mama. O dispositivo registra uma massa de ferro de apenas 0,56 mg a uma distância de até 5,8 mm – aproximadamente 100 vezes menor que a dose recomendada do traçador; em concentrações mais altas, a distância de trabalho aumenta para 14,6 mm. O diâmetro da "cabeça" do sensor não ultrapassa 10 mm, podendo ser instalado em endoscópios e laparoscópios.

Contexto do estudo

A biópsia de linfonodo sentinela (BLS) é o padrão para o estadiamento precoce do câncer de mama e de diversos outros tumores: os "primeiros" linfonodos ao longo da drenagem linfática são removidos para verificar se o tumor atingiu o sistema linfático, evitando dissecção mais traumática. A navegação clássica é feita com radioisótopo + corante azul, mas o método apresenta desvantagens: logística radiológica, janelas de tempo limitadas, reações alérgicas raras e limitações para procedimentos minimamente invasivos. Portanto, alternativas estão sendo ativamente desenvolvidas – óxidos de ferro superparamagnéticos (SPIO), por exemplo, o marcador clínico MagTrace®, aprovado pelo NICE e FDA em combinação com a sonda Sentimag. Esses marcadores podem ser introduzidos minutos ou semanas antes da cirurgia, permanecem nos linfonodos e são visíveis com sensores magnéticos na sala de cirurgia.

No entanto, as sondas magnéticas existentes são tipicamente dispositivos portáteis com um ímã permanente e um sensor Hall: funcionam, mas a sensibilidade e o formato limitam seu uso em endoscopia e laparoscopia, e o limiar de detecção incentiva o uso de injeções de traçadores de dose completa. A ferramenta ideal para o cirurgião é uma sonda em miniatura, estéril e compatível, que pode "enxergar" quantidades muito pequenas de SPIO a distâncias de centímetros e operar sem ímãs magnetizadores massivos.

Nesse contexto, sensores quânticos em diamante parecem ser uma plataforma promissora: centros de nitrogênio-lacuna (NV) em diamante possibilitam a leitura óptica do campo magnético (ODMR) à temperatura ambiente, sem criogênios; dispositivos podem ser fabricados com fibra óptica, retirando lasers e detectores da zona estéril. Nos últimos anos, magnetômetros NV compactos foram demonstrados para aplicações biomédicas, incluindo o registro de sinais de nanopartículas magnéticas. Artigos de revisão sistematizam maneiras de aumentar a sensibilidade e confirmam o potencial do diamante NV como plataforma para magnetômetros aplicados.

Um novo desenvolvimento da Universidade de Warwick preenche essa lacuna: foi apresentado um magnetômetro de diamante NV endoscópico que detecta o traçador clínico MagTrace®. O protótipo detecta massa de ferro de até 0,56 mg a uma distância de até 5,8 mm (≈100 vezes menos que a dose recomendada) e trabalha com concentrações de até 2,8 mg/ml a uma distância de até 14,6 mm; o diâmetro da "cabeça" do sensor ≤10 mm é compatível com endoscópios e laparoscópios. Se esses parâmetros forem confirmados in vivo, a tecnologia pode reduzir as doses necessárias do traçador, simplificar a navegação em cirurgias minimamente invasivas e reduzir a dependência de radioisótopos. Por enquanto, este é um protótipo de laboratório que aguarda calibração em tecido vivo e comparação direta com os sistemas existentes, mas o caminho "quântico" para a clínica já é visível.

Como é que isso funciona

Dentro do sensor, há um microcristal de diamante com impurezas de NV. Um laser verde e um sinal de micro-ondas sintonizam os centros de NV, e sua luminescência muda ao entrar em um campo magnético. Essa leitura de ressonância óptica (ODMR) proporciona alta sensibilidade à temperatura ambiente, sem criogênicos e supercondutores. No novo dispositivo, a "cabeça" de diamante é conectada por fibra óptica ao restante da óptica: todos os componentes eletrônicos pesados permanecem fora do campo estéril, e apenas um sensor em miniatura é levado até o paciente – conveniente para a sala de cirurgia.

Por que os cirurgiões oncológicos precisam disso?

No câncer de mama (e em vários outros tumores), é importante que o cirurgião encontre e remova com precisão os linfonodos sentinelas – aqueles para onde as células tumorais vão primeiro. Traçadores magnéticos à base de óxido de ferro superparamagnético são uma alternativa segura aos radioisótopos e corantes (com riscos anestésicos e alérgicos). Um sensor de diamante quântico adiciona delicadeza e compacidade a essa técnica: quanto menor o limiar de detecção e menor o sensor, mais cedo e mais convenientemente você poderá ver o "traço magnético" do linfonodo – até mesmo em procedimentos endoscópicos.

Principais fatos e números

• Limiar de massa de ferro: 0,56 mg detectado a uma distância de até 5,8 mm (≈100× menos que a dose recomendada).
• Limiar de concentração: 2,8 mg/ml (≈20× menos que o recomendado) - com uma distância de trabalho de até 14,6 mm.
• Dimensões do sensor: “cabeça” ≤10 mm de diâmetro - compatível com endoscopia/laparoscopia.
• Aplicação: detecção do traçador de óxido de ferro MagTrace™ (Endomag/Endomagnetics) em cirurgia de mama.

Como isso é diferente das sondas existentes?

Atualmente, as salas de cirurgia utilizam sensores magnéticos manuais com um ímã permanente e um sensor Hall — eles comprovaram sua funcionalidade, mas sua sensibilidade e formato são limitados. Magnetômetro Diamond NV:

• funciona sem magnetização por ímãs massivos,
• lê campos fracos de pequenas quantidades de traçador,
• se encaixa em um formato endoscópico,
• permite que a fibra óptica seja removida para fora da zona estéril.

O que isso significa para o paciente (e para a sala de cirurgia)

Em um cenário ideal, o cirurgião obtém um "ponteiro quântico": ao aproximar uma sonda fina do tecido, ele vê onde o traço magnético do traçador é mais forte e procura o linfonodo sentinela ali. Isso pode:

• reduzir o tempo de busca e o volume de cortes;
• reduzir a dose do traçador administrado (mantendo a confiabilidade);
• auxiliar em intervenções minimamente invasivas - no tórax, abdômen, pelve;
• reduzir a dependência de radioisótopos e da logística de marcação nuclear.

Contexto e avaliações independentes

A publicação na Physical Review Applied é de acesso aberto e licenciada sob CC BY 4.0; a Universidade de Warwick emitiu um comunicado à imprensa, "Diamantes que ajudam a encontrar o câncer", destacando a portabilidade e o diâmetro endoscópico da sonda. Publicações especializadas para médicos e engenheiros observam que a sensibilidade abaixo das doses clínicas é um passo importante para uma sala de cirurgia real.

O que mais precisa ser verificado (uma lista honesta de tarefas pendentes)

• Esterilidade e ergonomia: “capas” descartáveis, fixação em endoscópios, comodidade para assistentes.
• Calibrações em tecido vivo: influência do sangue, gordura, profundidade dos nódulos e instrumentos metálicos no sinal.
• Comparações diretas: em relação às atuais sondas magnéticas e navegação por radionuclídeos — em termos de precisão, tempo e "alvos falsos".
• Caminho regulatório: padrões de EMC e base de evidências para aprovação em diferentes países.

Por que centros de diamantes e NV

Os centros de nanotecnologia possuem sensibilidade quântica a campos magnéticos e leitura de sinais ópticos: essa combinação permite a construção de sensores compactos e estáveis que operam em temperatura ambiente. Isso é crucial para a medicina: ausência de criogênicos, inicialização rápida, modularidade (o laser e o fotodetector são removidos do paciente por fibra óptica) e potencial para escalabilidade em lotes clínicos.

Conclusão

O novo magnetômetro endoscópico de diamante "enxerga" com confiança o traço magnético de um traçador clínico em doses menores do que o habitual e se encaixa em um formato de 10 mm. Se os próximos testes confirmarem a estabilidade no ambiente cirúrgico, os cirurgiões terão um assistente quântico, compacto e suave para encontrar linfonodos sentinelas – desde cirurgias abertas até laparoscopia e endoscopia. Este é um caso raro em que a sensorialidade quântica está quase pronta para cruzar o limiar da clínica real.

Fonte: AJ Newman et al. Magnetômetro endoscópico de diamante para cirurgia oncológica. Physical Review Applied 24, 024029 (12 de agosto de 2025). DOI: https://doi.org/10.1103/znt3-988w