Бързото протонно облъчване е по-ефективно и по-малко инвазивно лечение на рак от рентгеновите лъчи. Съвременната протонна терапия обаче изисква педали с големи газови частици, което накара експертите да проучат алтернативни концепции за педали за газ, като лазерни системи за ускоряване на протони. Такива системи се използват в предклинични проучвания, за да проправят пътя за оптимална лъчева терапия. Изследователска група, ръководена от Helmholtz-Zentrum dresden - rosssendorf (HZDR), сега успешно тества лазерно протонно облъчване при животни за първи път, като докладът на групата е публикуван в списанието Nature Physics.
Лъчевата терапия е едно от основните лечения на рака. Обикновено използва интензивни, фокусирани рентгенови лъчи. Протоните - ядрата на водородните атоми - ускорени до високи енергии и групирани в малки, прецизно насочени лъчи са друга възможност. Те могат да проникнат дълбоко в туморната тъкан, където съхраняват по-голямата част от енергията си, унищожавайки рака, като оставят околната тъкан до голяма степен непокътната. Това прави метода по-ефективен и по-малко инвазивен от рентгеновата терапия, обяснява д-р Elke Beyreuther, изследовател в HZDR: „Този метод е особено подходящ за облъчване на тумори в основата на черепа, в мозъка и в централната нервна система. Използва се и при педиатрични пациенти с рак, за да се сведат до минимум възможните дългосрочни ефекти."
Въпреки това, този метод е много по-сложен от рентгеновата терапия, тъй като изисква сложно оборудване за педала на газта, за да генерира бързи протони и да ги предава на пациента. Ето защо в Германия има само няколко центъра за протонна терапия. Сега експертите непрекъснато подобряват този метод, за да го направят подходящ за пациентите. Лазерно базираните педали за протонен газ могат да имат решаващ принос в това отношение.
Персонализирана лазерна сцинтилация
Д-р Флориан Крол, физик в HZDR, обяснява: „Този метод се основава на генерирането на силни и много къси светлинни импулси от високомощен лазер, който се изстрелва върху тънък слой пластмасово или метално фолио.“ Интензитетът на тези светкавици избива електрони от фолиото, създавайки мощно електрическо поле, което може да излъчва протони в импулси и да ги ускорява до високи енергии. Интересното е, че мащабът на процеса е много малък: пътят на ускорение е дълъг само няколко микрометра.
„Работим по този проект от 15 години, но досега протоните не са получили достатъчно енергия за облъчване.“ Бейройтер казва: „Освен това интензитетът на пулса варира твърде много, така че не можем да сме сигурни, че доставяме правилната доза.“ През последните няколко години учените най-накрая постигнаха ключов напредък, особено поради по-доброто разбиране на взаимодействието между лазерната светкавица и фолиото. "Най-важното е, че точната форма на лазерните светкавици е особено важна и сега можем да ги настроим да произвеждат протонни импулси с достатъчна енергия и достатъчна стабилност." Изследователите обясниха.
Готовност на педала за газ и стабилност на подаването на лъча.
Нужди от нови изследвания
Параметрите бяха оптимизирани, позволявайки на екипа на HZDR да започне серия от ключови експерименти: първото контролирано облъчване на миши тумори с помощта на лазерно ускорени протони. Тези експерименти бяха проведени в сътрудничество с експерти от Дрезденската университетска болница в онкорай - Националния център за радиационни изследвания в онкологията - и бяха сравнени със сравнителни експерименти в конвенционални съоръжения за протонна терапия. „Открихме, че лазерно управляваният източник на протони може да произведе биологично ценни данни, което постави основата за по-нататъшни изследвания и ни позволи да тестваме и оптимизираме нашия подход.“
Друга характеристика на лазерно ускорените протонни импулси е техният огромен интензитет. Докато при конвенционалната протонна терапия дозата на облъчване се доставя за няколко минути, базираният на лазер процес може да бъде завършен за една милионна от секундата“, обяснява Елке Бейройтер: „Има признаци, че такова бързо прилагане на дозата помага за защита на околната здрава тъкан дори по-добре от преди. Искаме да проследим тези показания с нашето експериментално устройство и да проведем предклинични проучвания, за да проучим кога и как този бърз метод на облъчване може да се използва за получаване на предимства при лечението на рак."
