تقدم فيزياء الجسيمات وجهات نظر جديدة حول العلاج بالبروتونات FLASH – عالم الفيزياء

<a href="https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/01/particle-physics-offers-new-views-on-flash-proton-therapy-physics-world-11.jpg" data-fancybox data-src="https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/01/particle-physics-offers-new-views-on-flash-proton-therapy-physics-world-11.jpg" data-caption="نحو فلاش موجه بالصور يستطيع الماسح الضوئي PET الذي طوره كارول لانج وزملاؤه تصور وقياس تأثيرات العلاج بالبروتون أثناء توصيل الشعاع. (بإذن من: ماريك بروجا، جامعة تكساس في أوستن)”>

غالبًا ما أدت التقنيات المتقدمة التي تم إنشاؤها في الأصل لإجراء أكثر التجارب طموحًا في فيزياء الجسيمات إلى ابتكارات في العلاج والتشخيص الطبي. وقد ساعد التقدم في المسرعات وهندسة خطوط الشعاع على تطوير استراتيجيات فعالة للغاية لعلاج السرطان، في حين قدمت أجهزة الكشف المصممة لالتقاط الجسيمات الأكثر مراوغة طرقًا جديدة لرؤية الأعمال الداخلية للجسم البشري.

وفي أحد التطورات الحديثة، تمكن فريق بحثي مقره الولايات المتحدة بقيادة كارول لانج، عالم فيزياء الجسيمات التجريبية بجامعة تكساس في أوستن، من تحقيق أول مرة التصوير في الوقت الحقيقي لآثار العلاج بالبروتون FLASH قبل وأثناء وبعد تسليم الحزمة. تقدم علاجات FLASH الناشئة هذه جرعات عالية جدًا خلال فترات زمنية قصيرة للغاية، والتي يمكن أن تقضي على الخلايا السرطانية بشكل فعال مع التسبب في ضرر أقل للأنسجة السليمة. تتطلب علاجات FLASH عددًا أقل من الإشعاعات خلال دورات علاجية أقصر، مما يسمح لعدد أكبر من المرضى بالاستفادة من العلاج بالبروتون وتقليل خطر الآثار الجانبية المرتبطة بالإشعاع بشكل كبير.

أنتج فريق البحث، الذي يضم أيضًا فيزيائيين طبيين في مركز إم دي أندرسون للعلاج بالبروتون في هيوستن، الصور باستخدام ماسح ضوئي مصمم خصيصًا للتصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني (PET)، وهي تقنية ظهرت في حد ذاتها من التجارب الرائدة في CERN في السبعينيات. . باستخدام خمسة أشباح مختلفة تعمل كبدائل لمريض بشري، استغل الفريق أداة PET المخصصة لتصوير البداية السريعة لشعاع البروتون وتأثيراته لمدة تصل إلى 1970 دقيقة بعد التشعيع.

يوضح لانغ: "إن التشعيع بالبروتونات ينتج نظائر قصيرة العمر في الجسم والتي تكون في كثير من الحالات بواعث بوزيترونية". "مع العلاج بالبروتونات FLASH، يولد الشعاع كثافة بوزيترون أعلى، مما يعزز قوة الإشارة. حتى باستخدام مصفوفات كاشف PET الصغيرة، تمكنا من إنتاج صور وقياس وفرة النظائر وتطورها مع مرور الوقت.

<a data-fancybox data-src="https://physicsworld.com/wp-content/uploads/2024/01/detector-web.jpg" data-caption="صغيرة لكنها قوية تعد صفائف الكاشف المستخدمة في الماسح الضوئي PET صغيرة نسبيًا، لكن شدة شعاع FLASH تجعل من الممكن إنتاج صور وقياس وفرة النظائر. (بإذن من: ماريك بروجا، جامعة تكساس في أوستن)” title=”انقر لفتح الصورة في النافذة المنبثقة” href=”https://physicsworld.com/wp-content/uploads/2024/01/detector-web.jpg” >

تشير القياسات المسجلة خلال تجارب إثبات المبدأ هذه إلى أن ماسح PET الموجود داخل الشعاع يمكن أن يوفر تصويرًا في الوقت الفعلي وقياس الجرعات لعلاجات العلاج بالبروتون. وتمكن الفريق أيضًا من تحديد شدة شعاع البروتون من خلال الكشف عن أشعة غاما السريعة – التي سميت بهذا الاسم لأنها تنتج عن اضمحلال النوى على فترات زمنية قصيرة جدًا – والتي يتم إنتاجها أثناء استخراج شعاع البروتون. مع تعديل بسيط على الجهاز، يعتقد لانغ أنه يمكن قياس غاما السريعة للحصول على لقطة لشعاع البروتون، مع استخدام PET بعد ذلك لمتابعة تطور النظائر بعد تسليم الشعاع.

ويقول: "تظهر هذه النتائج أن الأمر سيكون مجرد تحسين الإعداد التجريبي لهذه التقنية لتوفير قياسات مفيدة في بيئة سريرية". "بالطبع نحن نعلم أنه لا تزال هناك حاجة إلى إجراء الكثير من الاختبارات قبل السريرية، ولكن في هذه المرحلة من الواضح أنه لا توجد عوائق أمام هذه التقنية."

يصف لانغ وزملاؤه نهجهم ونتائجهم في ورقتين بحثيتين منشورتين في الفيزياء في الطب والبيولوجيا (PMB)وكلاهما مجاني للوصول. استفاد الباحثون أيضًا من نموذج النشر الناشئ، والذي يُطلق عليه "الاتفاقية التحويلية"، والذي سمح لهم بنشر كلا المقالتين للوصول المفتوح دون الحاجة إلى دفع رسوم نشر المقالة المعتادة.

وبموجب ما يسمى بالاتفاقيات التحويلية، في هذه الحالة بين IOP Publishing وجامعة تكساس سيستم، يمكن للباحثين في أي مؤسسة داخل المجموعة الأكاديمية الوصول إلى محتوى البحث ونشر أعمالهم الخاصة مجانًا. في الواقع، أصبحت دار نشر IOP ــ التي تنشر PMB نيابة عن معهد الفيزياء والهندسة في الطب ــ الآن لديها اتفاقيات تحويلية سارية مع أكثر من 900 مؤسسة في 33 دولة مختلفة، مما يوفر الوصول المجاني والنشر عبر معظم إن لم يكن كل مجموعة المجلات العلمية الخاصة بها.

الهدف من اتفاقيات القراءة والنشر هذه هو تسريع الانتقال إلى النشر المفتوح الوصول، لأنه يتجنب حاجة الباحثين إلى الحصول على تمويل خاص بهم لتغطية رسوم النشر. بالنسبة لانج، فإن أي خطوة تفتح المجال العلمي وتمكن المجتمعات المختلفة من التعاون سوف تساعد في إطلاق أفكار جديدة من تخصصات أخرى من شأنها أن تدفع الابتكار في المستقبل. ويقول: "إذا عثرت على ورقة بحثية مثيرة للاهتمام ولا أستطيع الوصول إليها، خاصة إذا كانت في مجال مختلف، فإنني أفتقد بعض المعلومات التي قد تساعدني في عملي". "إن المعلومات المفتوحة والمجانية ضرورية بالنسبة لنا لتحقيق التقدم."

ومن خلال تجاربه الخاصة في فيزياء الجسيمات، رأى لانج الفوائد التي يمكن أن تنشأ من ثقافة البحث المفتوحة والتعاونية. ويقول: "في فيزياء الجسيمات، يشارك الجميع أفضل أفكارهم وإنجازاتهم، ويريد الناس المشاركة في إيجاد طرق مختلفة لتطوير واستغلال الأفكار الجديدة". "لولا هذه العقلية التعاونية، لم تكن الإنجازات التي شهدناها في CERN وفيرميلاب وأماكن أخرى لتحدث."

<a data-fancybox data-src="https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/01/particle-physics-offers-new-views-on-flash-proton-therapy-physics-world-9.jpg" data-caption="تصميم خاص كارول لانج (في الوسط) مع المهندس ماريك بروجا (يسار) وباحث ما بعد الدكتوراه جون سيزار وماسح التصوير المقطعي البوزيتروني (PET) المصمم خصيصًا لهذا الغرض والذي طوره الفريق. يوفر تكوين الماسح الضوئي قياسات داخل الشعاع أثناء علاج المريض. (بإذن من: مايكل جاجدا، جامعة تكساس في أوستن)” title=”انقر لفتح الصورة في النافذة المنبثقة” href=”https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/01/particle-physics-offers- وجهات نظر جديدة-على-الفلاش-العلاج بالبروتون-فيزياء-العالم-9.jpg”>

ومع ذلك، فمن الواضح أن لانغ يشعر بالإحباط لأن بعض الأشخاص في المجتمع الطبي يبدون أقل انفتاحًا على الأفكار الجديدة، خاصة من عالم فيزياء ليس لديه خبرة سريرية سابقة. ويقول: "نحن نعلم أن العديد من أفضل التقنيات في الفيزياء الطبية والتصوير النووي تأتي من التقدم في فيزياء الجسيمات والفيزياء النووية، ولكن من الصعب إدخال أحدث الأفكار الجديدة في الطب". "أفهم الآن بشكل أفضل سبب ذلك - فتغيير الإجراءات الطبية المجربة والموثوقة وبروتوكولات العلاج الرسمية أكثر تعقيدًا بكثير من مجرد استبدال جهاز كشف أفضل - لكنني ما زلت أشعر بخيبة الأمل إزاء مدى صعوبة اختراق القطاع والانخراط فيه. في البحوث التعاونية."

وبينما حاول لانغ بناء أجهزة كشف طبية من قبل، فإنه يعترف بأنه وغيره من علماء فيزياء الجسيمات يمكن أن يكونوا مذنبين بالسذاجة أو حتى الغطرسة عندما يتعلق الأمر بإدخال تقنيات جديدة في بيئة المستشفى الخاضعة لرقابة مشددة. ومع ذلك، بالنسبة لهذا العمل الجديد، طلبت منه مجموعة من علماء الفيزياء الطبية أن يأخذ زمام المبادرة في مشروع بحثي يتطلب خبرته في بناء أجهزة الكشف عن الجسيمات. يقول لانغ: "ما زلت أواصل بحثي في ​​فيزياء النيوترينو، لكنني أعتقد أن ما يمكننا تقديمه فريد جدًا وجدير بالاهتمام لدرجة أنني أردت المشاركة فيه". "عندما تعلمت المزيد، أصبحت أكثر اهتمامًا وأصبحت مدمنًا على فكرة علاجات FLASH."

وبينما ستكون هناك حاجة إلى مزيد من العمل لتحسين تقنية التصوير داخل الشعاع للاستخدام السريري، يعتقد لانغ أنه يمكن أن يوفر أداة بحثية قيمة على المدى القصير للمساعدة في فهم تأثير FLASH. ويقول: "لا أحد يعرف حقًا سبب عمل فلاش، أو بالضبط ما هي معلمات الشعاع التي يجب استخدامها لتحقيق أفضل النتائج". "وهذا يوحي لي بشدة أننا لا نفهم تمامًا كيف يتفاعل الإشعاع مع الأنسجة السليمة أو السرطانية."

باستخدام هذه الأداة الجديدة، يقول لانج، سيكون من الممكن استكشاف الآليات الفيزيائية التي تلعب دورًا أثناء علاج FLASH. ويقول: "يمكن أن تساعدنا هذه التقنية في فهم كيفية تفاعل الجسم البشري بعد تعرضه للإشعاع بمثل هذه الدفعات المكثفة من الطاقة". "إنه يوفر طريقة لاستكشاف تأثيرات التشعيع التي تعتمد على الوقت، والتي يبدو لي أنها لم يتم القيام بها بشكل منهجي من قبل."

ومع ذلك، فإن الهدف على المدى الطويل هو إنشاء طريقة علاج موجهة بالصور من شأنها قياس آثار كل إشعاع لإبلاغ وتحديث العلاجات اللاحقة. تعتبر هذه الأساليب التكيفية غير عملية مع بروتوكولات العلاج التقليدية، حيث يتم تقديم جرعات أصغر في حوالي 30 جلسة يومية، ولكنها يمكن أن تكون أكثر قابلية للتطبيق مع علاجات FLASH التي قد تتطلب فقط جرعات قليلة لتوفير طاقة كافية للقضاء على السرطان.

يقول لانغ: "إن التحقق من تأثيرات كل تشعيع من شأنه أن يُحدث تغييرًا كاملاً في ديناميكيات العلاج، ولوجستياته، ونتائجه". "إلى جانب الفهم الأفضل للتفاعلات بين البروتونات النشطة وجسم الإنسان، يمكن أن يكون لبروتوكولات FLASH التكيفية هذه تأثير ثوري على نتائج المرضى."

• محتوى مدعوم من تحسين محركات البحث وتوزيع العلاقات العامة. تضخيم اليوم.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. تمكين نفسك. الوصول هنا.
• أفلاطونايستريم. ذكاء Web3. تضخيم المعرفة. الوصول هنا.
• أفلاطون كربون، كلينتك ، الطاقة، بيئة، شمسي، إدارة المخلفات. الوصول هنا.
• أفلاطون هيلث. التكنولوجيا الحيوية وذكاء التجارب السريرية. الوصول هنا.
• المصدر https://physicsworld.com/a/particle-physics-offers-new-views-on-flash-proton-therapy/