Para muitos de na³s, a pandemia provocou mudanças cruciais. E Magdelena S. Allen não foi exceção.

Crescendo em Portland, Oregon, Allen queria aprender sobre tudo. Ela adorava observar as estrelas e as ciaªncias físicas, mas também se interessava por direito e escrita. Seus pais, que educaram ela e sua irma£ em casa atéo ensino manãdio, foram extremamente favora¡veis a seus vários interesses. Mas o que eu sempre voltava era a ciaªncia”, diz ela.

Astrofísica por formação, Allen completou sua graduação na Universidade da Califórnia em Berkeley. Ela então passou um ano estagiando em laboratórios de pesquisa de física em todo opaís, incluindo o Fermi National Accelerator Lab, o Brookhaven National Lab e o Marshall Space Flight Center da NASA.

No outono de 2019, Allen iniciou seu doutorado na Divisão de Experimentos Nucleares e de Partí­culas do departamento de física do MIT, estudando raios ca³smicos com o professor Samuel CC Ting. Ela passou seu tempo analisando dados do Alpha Magnetic Spectrometer, um detector de raios ca³smicos que fica na Estação Espacial Internacional.

Naquela anãpoca, Allen também se juntou ao MIT Emergency Medical Services (EMS), depois de ouvir sobre isso de um amigo que estava envolvido alguns anos antes. “Começou como o que eu achava que seriam algumas horas por semana e rapidamente tomou conta da minha vida da melhor maneira possí­vel”, diz ela.

Quando a pandemia chegou na primavera de 2020 e a comunidade do MIT se esforçou para se dispersar do campus, Allen foi um dos poucos paramédicos do MIT que ficou para trás. Ela ajudou a manter a ambulância em serviço 24 horas por dia, 7 dias por semana, atendendo o MIT, bem como a comunidade mais ampla de Cambridge e Boston. “Acabei dedicando mais de mil horas ao servia§o” são neste ano letivo, diz ela.

Passar tanto tempo no atendimento ao paciente estimulou seu interesse nos resultados do paciente. E isso a fez pensar sobre seus objetivos de carreira a longo prazo. “Eu tive minha crise existencial durante esse período oscomo todos nostivemos”, ela diz com uma risada. Embora adorasse sua pesquisa em física fundamental, ela queria ter um impacto mais direto nas pessoas.

Allen começou a procurar grupos de pesquisa trabalhando em dispositivos biomédicos. Em janeiro de 2021, ela se juntou a um novo projeto de pesquisa para construir hardware de imagem cerebral, que usa tecnologia semelhante a alguns experimentos fa­sicos fundamentais. Ela agora trabalha na interseção da física e da pesquisa médica, coorientada pelo professor da Universidade de Harvard Ciprian Catana no Laborata³rio Integrado de MR-PET no Massachusetts General Hospital AA Martinos Center for Biomedical Imaging e pelo professor do MIT Or Hen no Laboratory for Nuclear Science . “Foi um ajuste perfeito”, diz ela.

Hoje, Allen e seus colaboradores estãodesenvolvendo um scanner de tomografia por emissão de pa³sitrons (PET) do cérebro de última geração que pode ser usado simultaneamente com a ressonância magnanãtica (MRI) de 7 Tesla. O scanner PET seráuma inserção cila­ndrica que se encaixa diretamente dentro de uma ma¡quina de ressonância magnanãtica.

Cada tecnologia de imagem fornece uma perspectiva diferente do cérebro. Enquanto a RM captura imagens anatômicas, a PET captura processos bioquí­micos, como o metabolismo. Ao ver duas perspectivas sincronizadas, os cientistas tem dados valiosos para estudar tumores cerebrais e doenças neurolégicas, como o Alzheimer.

Mas, atualmente, as varreduras de PET levam muito tempo osgeralmente de 30 a 90 minutos ose os pacientes devem ficar parados por toda a duração para obter imagens na­tidas. No scanner PET de última geração, Allen pretende tornar as varreduras muito mais rápidas, em apenas alguns minutos. Isso também abrira¡ portas para a pesquisa em neurociência Com tempos de imagem mais curtos, o scanner pode trabalhar simultaneamente com a ressonância magnanãtica funcional (fMRI) para tirar instanta¢neos rápidos de processos biola³gicos dina¢micos. Por exemplo, o PET pode capturar o metabolismo da glicose no cérebro, pois a fMRI captura simultaneamente o fluxo sangua­neo. “a‰ realmente emocionante”, diz Allen. “Nunca foi feito antes.”

A razãopela qual essas varreduras atualmente demoram tanto estãoem como o PET funciona. Antes do exame, os pacientes são injetados com um radiofa¡rmaco feito de compostos biola³gicos que o corpo normalmente usa, como glicose, que são levemente modificados para serem radioativos. Amedida que o corpo processa esses compostos trazdores, são emitidos raios gama radioativos. O scanner PET então atua como uma ca¢mera para capturar esses raios gama e formar uma imagem.

O problema, poranãm, éque apenas pequenas doses de radiofa¡rmaco são injetadas em pacientes para limitar os efeitos adversos da radiação. Assim, os raios gama emitidos são muito fracos, dificultando a formação de imagens. “a‰ como uma foto de longa exposição com uma ca¢mera comum, onde vocêestãoapenas esperando que a luz seja coletada”, diz Allen.

Para reduzir o tempo de exposição necessa¡rio, o grupo de Allen estãoredesenhando o scanner PET compata­vel com RM para ser 10 vezes maissensívelaos raios gama do que o atual estado da arte. E para isso, uma nova forma de detector de raios gama seráusada dentro do scanner. Enquanto um scanner ta­pico usa conjuntos de detectores dispostos em um tubo cila­ndrico ao redor da cabea§a, os conjuntos de detectores do novo scanner são configurados mais como um capacete de motocicleta. “Vocaª pode aumentar muito a sensibilidade do [scanner] apenas obtendo mais cobertura”, diz ela.

Outra parte fundamental para fazer um scanner PET de alta sensibilidade são os ma³dulos individuais do detector de raios gama dentro do detector. O detector écomposto de ananãis empilhados do pescoa§o para cima e cada anel contanãm um ca­rculo de ma³dulos detectores. “A investigação mais interessante atéagora é[descobrir] diferentes geometrias para o detector, a fim de obter informações limpas dele”, diz ela. Um desafio éencontrar a metodologia de profundidade de interação e a espessura ideal para o detector. Um detector mais espesso pode capturar mais raios gama para obter mais informações de imagem. Mas, um detector muito grosso produz imagens borradas. Depois de algumas tentativas e erros, poranãm, Allen estão“muito perto de acertar um design final”.

Embora Allen tenha se aventurado no universo biomédico, ela não deixou completamente a física de parta­culas para trás. Acontece que o scanner PET também pode ser usado para investigar questões fundamentais de física.

Uma questãoem que Allen estãointeressado éa violação de simetria. Embora o universo seja composto de matéria e antimatéria, não éuma divisão 50-50, dando-nos um universo assimanãtrico. Mas não estãoclaro de onde vem essa assimetria. “Estamos sempre procurando por fontes de assimetria no universo”, diz Allen.

Uma pista potencial pode ser encontrada no ciclo de vida do positra´nio, um a¡tomo insta¡vel composto por um elanãtron e sua antiparta­cula, um pa³sitron. O positra´nio dura um período de tempo muito curto - menos de um milionanãsimo de segundo - antes que o elanãtron e o pa³sitron se aniquilem, emitindo raios gama. Dependendo do estado inicial do positra´nio, diferentes distribuições de raios gama são emitidas.

“O scanner PET ébasicamente apenas um detector de raios gama”, diz ela, tornando-o “perfeitamente ajustado” para observar os raios gama dos decaimentos de positra´nio. Para investigar a violação de simetria, Allen planeja observar como agir nos estados iniciais do positra´nio afeta a orientação dos raios gama emitidos. Se ela vir quaisquer assimetrias, isso pode fornecer informações para entender a violação de simetria.

Mas primeiro, Allen precisa terminar de construir o scanner PET. Depois de finalizar o design dos ma³dulos detectores, ela comea§ara¡ a monta¡-los em ananãis para o capacete neste vera£o. Enquanto isso, ela continuara¡ servindo no MIT EMS, tendo acabado de encerrar seu mandato como chefe do MIT EMS no ano passado. “a‰ uma coisa muito viciante de se fazer”, diz ela.