Rask protonbestråling er en mer effektiv og mindre invasiv kreftbehandling enn røntgen. Imidlertid krever moderne protonterapi store partikkelgasspedaler, noe som har ført til at eksperter har undersøkt alternative gasspedalkonsepter, for eksempel lasersystemer for å akselerere protoner. Slike systemer brukes i prekliniske studier for å bane vei for optimal strålebehandling. En forskningsgruppe ledet av Helmholtz-Zentrum dresden - rosssendorf (HZDR) har nå testet laserprotonbestråling på dyr for første gang, med gruppens rapport publisert i tidsskriftet Nature Physics.
Strålebehandling er en av de viktigste kreftbehandlingene. Den bruker vanligvis intense, fokuserte røntgenstråler. Protoner - kjernene til hydrogenatomer - akselerert til høye energier og buntet sammen i små, nøyaktig målrettede stråler er et annet alternativ. De kan trenge dypt inn i svulstvevet, hvor de lagrer mesteparten av energien sin, og ødelegger kreften mens de forlater det omkringliggende vevet stort sett intakt. Dette gjør metoden mer effektiv og mindre invasiv enn røntgenterapi, forklarer Dr. Elke Beyreuther, forsker ved HZDR: «Denne metoden er spesielt egnet for bestråling av svulster i bunnen av hodeskallen, i hjernen og i sentralnervesystemet. Det brukes også hos pediatriske kreftpasienter for å minimere mulige langtidseffekter."
Imidlertid er denne metoden mye mer kompleks enn røntgenterapi fordi den krever sofistikert gasspedalutstyr for å generere raske protoner og overføre dem til pasienten. Dette er grunnen til at det bare er noen få protonterapisentre i Tyskland. Eksperter forbedrer nå denne metoden stadig for å gjøre den egnet for pasienter. Laserbaserte protongasspedaler kan gi et avgjørende bidrag i denne forbindelse.
Tilpasset laserscintillasjon
Dr. Florian Kroll, en fysiker ved HZDR, forklarer, "Denne metoden er basert på generering av sterke og svært korte lyspulser av en høyeffektlaser, som skytes på et tynt lag plast- eller metallfolie." Intensiteten til disse blinkene slår elektroner ut av folien, og skaper et kraftig elektrisk felt som kan sende protoner til pulser og akselerere dem til høye energier. Interessant nok er skalaen til prosessen veldig liten: akselerasjonsbanen er bare noen få mikrometer lang.
"Vi har jobbet med dette prosjektet i 15 år, men så langt har ikke protonene fått nok energi til å bestråle." Beyreuther sier: "I tillegg varierer pulsintensiteten for mye, så vi kan ikke være sikre på at vi leverer riktig dose." I løpet av de siste årene har forskere endelig gjort viktige fremskritt, spesielt på grunn av en bedre forståelse av samspillet mellom laserblitsen og folien. "Det viktigste er at den nøyaktige formen på laserblinkene er spesielt viktig, og vi kan nå stille dem inn for å produsere protonpulser med tilstrekkelig energi og tilstrekkelig stabilitet." Forskerne forklarte.
Gasspedalberedskap og stråleleveringsstabilitet.
Nye forskningsbehov
Parametrene ble optimalisert slik at HZDR-teamet kunne sette i gang en serie nøkkeleksperimenter: den første kontrollerte bestrålingen av musesvulster ved bruk av laserakselererte protoner. Disse eksperimentene ble utført i samarbeid med eksperter ved Dresden Universitetssykehus i oncoray - National Center for Radiation Research in Oncology - og ble sammenlignet med sammenlignende eksperimenter ved konvensjonelle protonterapifasiliteter. "Vi fant ut at den laserdrevne protonkilden kunne produsere biologisk verdifulle data, som la grunnlaget for videre forskning og tillot oss å teste og optimalisere vår tilnærming."
Et annet kjennetegn ved laserakselererte protonpulser er deres enorme intensitet. Mens i konvensjonell protonterapi stråledosen leveres i løpet av minutter, kan den laserbaserte prosessen fullføres på en milliondels sekund," forklarer Elke Beyreuther: "Det er indikasjoner på at en så rask doseadministrasjon bidrar til å beskytte rundt sunt vev enda bedre enn før. Vi ønsker å følge opp disse indikasjonene med vårt eksperimentelle utstyr og gjennomføre prekliniske studier for å undersøke når og hvordan denne raske bestrålingsmetoden kan brukes for å oppnå fordeler i kreftbehandling."
