Medicina no futuro: física quântica e inovação em saúde

Medicina no futuro: física quântica e inovação em saúde

Objetos macroscópicos, como o nosso corpo, não apresentam um “comportamento quântico” em sentido estrito. Explicações nesse sentido tendem a ser falaciosas, como a explicação da “mente quântica” de livros de autoajuda. Isso não significa, porém, que a física quântica seja irrelevante para a medicina no futuro, pelo contrário.

1. O que é a física quântica?
   1. O princípio da incerteza
   2. Natureza dual da matéria
2. Medicina do futuro: o que você, médico, tem com a física quântica?
   1. A computação quântica na medicina
   2. Quantum dots na medicina

Quando entramos na escala molecular, atômica e subatômica, a interpretação quântica prevalece e a física clássica se torna insuficiente para descrever os eventos. À medida que a medicina se torna cada vez mais “molecular”, o conhecimento desse campo de conhecimento pode ser um diferencial importante para o médico.

Quer saber mais sobre o tema? Acompanhe!

O que é a física quântica?

O adjetivo vem da palavra “quantum”, que pode ser traduzido como quantidade. Essa nova área da física surgiu no início do século 20 quando Einstein e outros cientistas descobriram a natureza dual da luz.

Descobriu-se que a luz se comporta tanto como partícula quanto como onda — algo impensável até então. O que significa isso em termos mais práticos? A luz (e outras ondas eletromagnéticas) transporta sempre uma quantidade de energia múltipla de um mínimo. Esse valor está ligado à energia de um tipo de partícula, o fóton.

Com o tempo, percebeu-se que outras partículas, como os elétrons, também se comportavam de forma semelhante. 

O princípio da incerteza

Portanto, sem medição, o estado das partículas é uma sobreposição de diversos estados possíveis (autoestados). A medição faz com que um desses autoestados seja expresso. Essa é uma propriedade intrínseca da natureza, ou seja, não é uma questão de nossas medições não serem precisas o suficiente.

Isso significa que, por mais que melhoremos nossos equipamentos, o princípio da incerteza ainda governará o comportamento da matéria nos níveis atômico e subatômico. Desse postulado surgem consequências interessantes que são utilizadas para o desenvolvimento tecnológico na medicina, como veremos a seguir. 

Natureza dual da matéria    

Antes de serem medidos, um elétron ou um fóton apresenta tanto comportamento de partícula quanto de onda simultaneamente.

O fato de fazermos uma medição, contudo, desencadeia um processo chamado de “decoerência”. Com isso, a matéria assume um desses dois estados possíveis. 

Para compreender melhor essa ideia, imagine uma moeda com duas faces diferentes “cara” ou “coroa” e ela está em cima de uma mesa.

Quando você entra na sala e enxerga essa moeda, ela está com no estado “cara”. Na física clássica, a explicação seria que, antes de você visualizar a moeda (medir seu estado), ela estava no estado “cara”. Seu olho apenas mediu um estado anterior.

Na física quântica, porém, diríamos que os estados estavam sobrepostos, isto é, “cara” e “coroa” simultaneamente. O ato de olhar não revelou um estado anterior, mas fez com que um dos estados possíveis fosse “selecionado”, não sendo um retrato preciso do passado.

Medicina do futuro: o que você, médico, tem com isso?

A medicina está se tornando cada vez mais digital. Com isso, as inovações tecnológicas rapidamente são testadas e implementadas na área com diversas finalidades (como a terapêutica, diagnóstica, de vigilância).

Então, o que hoje se descobre na física básica e nas engenharias poderá se tornar uma tecnologia em um futuro próximo.

Aqui no Saúde Digital, ressalta-se constantemente que o sucesso no empreendedorismo está intimamente ligado à capacidade de previsão e prontidão para o futuro. 

Nesse sentido,  é preciso estar um passo à frente quer desenvolvendo suas ideias quer sendo disputado por grandes empresas.

A computação quântica na medicina

Ela é a grande aposta de gigantes tecnológicas, como a IBM e a Google, e de superpotências nacionais (como os EUA e a China). Esse campo está em desenvolvimento com a finalidade de elaborar máquinas e códigos baseados em fenômenos quânticos como sobreposição e o emaranhamento.

Tradicionalmente, os algoritmos de computação trabalham com bits (0 ou 1), em que um se refere a um estado de ausência e o outro, de presença de um estado(de forma bem simplificada).

Com isso, o poder de computação atual é baseado nas possibilidades de combinação desses dois estados, estando, portanto, na base 2^x. Então, se temos 10 bits, o poder de computação combinado é de 2^10, isto é, 1024;

Na computação quântica, porém, vão além da dualidade dos códigos tradicionais com 1 ou 0, explorando os estados de sobreposição (0 e 1 simultaneamente). Então, o poder de computação poderia estar em outras bases em vez de apenas na base 2.

Caso a computação quântica consiga se viabilizar, isso terá um impacto significativo na medicina, como:

• desenvolvimento de modelos computacionais complexos do sistema nervoso central;
• capacidade de simulação da conformação de moléculas e suas interações em sistemas biológicos para a medicina de precisão;
• algoritmos poderosos de IA para análise preditiva de saúde individual e coletiva

Quantum dots na medicina

Quantum dots são moléculas mais complexas constituídas de semicondutores que apresentam comportamento governado pelas leis quânticas. Em outras palavras, os fenômenos envolvidos com os QD se assemelham mais àquele descrito pela física quântica do que pela física clássica. Os QD têm sido muito estudados na medicina com finalidades diagnósticas, terapêuticas e teranósticas. 

Veja um exemplo de sua aplicação na medicina de imagem! A fluorescência é uma capacidade de materiais absorverem fótons com uma quantidade de energia determinada e, depois de certo tempo, emitirem fótons menos energéticos em um comprimento de onda determinado. 

De acordo com as forças de interação de cada átomo, a energia de cada fóton absorvido ou emitido será diferente para cada átomo. Com isso, podemos prever qual é o átomo de interesse.

As moléculas comuns, por conterem diversos átomos (cada um com um padrão de emissão) e interações interatômicas, absorvem e emitem um padrão mais complexo de feixes eletromagnéticos. Isso aumenta as chances de um erro de detecção.

Apesar de serem moléculas mais complexas, os quantum dots, porém, são mais parecidos com átomos e seu comportamento energético discreto. Então, apenas absorvem e emitem energia em múltiplos de determinado valor.

Isso torna muito mais simples a identificação de um erro de detecção e o desenvolvimento de equipamentos de alta precisão.

Os quantum dots, por apresentarem um comportamento discreto de emissão e absorção de energia, trariam diversas vantagens, como (Perini et al, 2020):

• “espectro de absorção mais amplo, permitindo a excitação por uma ampla faixa de comprimentos de onda”. ;
• “espectro de emissão mais estreito, o que reduz a sobreposição de sinal”;
• “emissão de luz muito estável, o que os torna menos suscetíveis ao fotobranqueamento do que outras moléculas”

Isso significa que, à medida que as tecnologias baseadas em física quântica se viabilizam, fica mais claro que elas farão certamente parte do futuro da medicina. Médicos visionários, interessados no tema poderão, então, desenvolver tecnologias e pesquisas que nos permitam incorporar as descobertas à prática clínica. 

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