Η σωματιδιακή φυσική προσφέρει νέες απόψεις για τη θεραπεία πρωτονίων FLASH – Physics World

<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="Προς το FLASH καθοδηγούμενο από την εικόνα Ένας σαρωτής PET που αναπτύχθηκε από τον Karol Lang και τους συναδέλφους του μπορεί να απεικονίσει και να μετρήσει τα αποτελέσματα της θεραπείας με πρωτόνια κατά την παράδοση της δέσμης. (Ευγενική προσφορά: Marek Proga, Πανεπιστήμιο του Τέξας στο Ώστιν)»>

Οι πρωτοποριακές τεχνολογίες που δημιουργήθηκαν αρχικά για τα πιο φιλόδοξα πειράματα στη σωματιδιακή φυσική έχουν συχνά πυροδοτήσει καινοτομίες στην ιατρική θεραπεία και τη διάγνωση. Οι πρόοδοι στους επιταχυντές και τη μηχανική δέσμης έχουν βοηθήσει στην ανάπτυξη εξαιρετικά αποτελεσματικών στρατηγικών για τη θεραπεία του καρκίνου, ενώ οι ανιχνευτές που έχουν σχεδιαστεί για να συλλαμβάνουν τα πιο άπιαστα σωματίδια έχουν προσφέρει νέους τρόπους προβολής των εσωτερικών λειτουργιών του ανθρώπινου σώματος.

Σε μια πρόσφατη εξέλιξη, μια ερευνητική ομάδα με έδρα τις ΗΠΑ με επικεφαλής τον Karol Lang, έναν πειραματικό σωματιδιακό φυσικό στο Πανεπιστήμιο του Τέξας στο Ώστιν, πέτυχε για πρώτη φορά απεικόνιση σε πραγματικό χρόνο των αποτελεσμάτων της θεραπείας με πρωτόνια FLASH πριν, κατά τη διάρκεια και μετά την παράδοση της δοκού. Αυτές οι αναδυόμενες θεραπείες FLASH χορηγούν εξαιρετικά υψηλές δόσεις σε εξαιρετικά σύντομα χρονικά διαστήματα, τα οποία μπορούν να εξαλείψουν αποτελεσματικά τα καρκινικά κύτταρα ενώ προκαλούν λιγότερη βλάβη στον υγιή ιστό. Οι θεραπείες FLASH απαιτούν λιγότερες ακτινοβολίες σε βραχύτερους κύκλους θεραπείας, γεγονός που θα επέτρεπε σε περισσότερους ασθενείς να επωφεληθούν από τη θεραπεία με πρωτόνια και θα μειώσει σημαντικά τον κίνδυνο ανεπιθύμητων ενεργειών που σχετίζονται με την ακτινοβολία.

Η ερευνητική ομάδα, η οποία περιλαμβάνει επίσης ιατρικούς φυσικούς στο Κέντρο Θεραπείας Πρωτονίων MD Anderson στο Χιούστον, παρήγαγε τις εικόνες χρησιμοποιώντας έναν ειδικά σχεδιασμένο σαρωτή για τομογραφία εκπομπής ποζιτρονίων (PET), μια τεχνική που προέκυψε από πρωτοποριακά πειράματα στο CERN τη δεκαετία του 1970. . Χρησιμοποιώντας πέντε διαφορετικά φαντάσματα που λειτουργούν ως υποκατάστατα για έναν άνθρωπο ασθενή, η ομάδα εκμεταλλεύτηκε το προσαρμοσμένο όργανό της PET για να απεικονίσει τόσο την ταχεία έναρξη της δέσμης πρωτονίων όσο και τα αποτελέσματά της έως και 20 λεπτά μετά την ακτινοβόληση.

«Η ακτινοβολία από πρωτόνια παράγει βραχύβια ισότοπα στο σώμα που σε πολλές περιπτώσεις είναι εκπομποί ποζιτρονίων», εξηγεί ο Λανγκ. «Με τη θεραπεία πρωτονίων FLASH η δέσμη δημιουργεί υψηλότερη ένταση ποζιτρονίων, η οποία ενισχύει την ισχύ του σήματος. Ακόμη και με μικρές συστοιχίες ανιχνευτών PET μπορέσαμε να παράγουμε εικόνες και να μετρήσουμε τόσο την αφθονία των ισοτόπων όσο και την εξέλιξή τους με την πάροδο του χρόνου».

<a data-fancybox data-src="https://physicsworld.com/wp-content/uploads/2024/01/detector-web.jpg" data-caption="Μικρό αλλά ισχυρό Οι συστοιχίες ανιχνευτών που χρησιμοποιούνται στον σαρωτή PET είναι σχετικά μικρές, αλλά η ένταση της δέσμης FLASH καθιστά δυνατή την παραγωγή εικόνων και τη μέτρηση της αφθονίας των ισοτόπων. (Ευγενική προσφορά: Marek Proga, Πανεπιστήμιο του Τέξας στο Όστιν)” title=”Κάντε κλικ για να ανοίξετε την εικόνα στο αναδυόμενο παράθυρο” href=”https://physicsworld.com/wp-content/uploads/2024/01/detector-web.jpg” >

Οι μετρήσεις που καταγράφηκαν κατά τη διάρκεια αυτών των πειραμάτων απόδειξης της αρχής υποδηλώνουν ότι ένας σαρωτής PET εντός δέσμης θα μπορούσε να παρέχει απεικόνιση και δοσιμετρία σε πραγματικό χρόνο για θεραπείες θεραπείας πρωτονίων. Η ομάδα ήταν ακόμη σε θέση να προσδιορίσει την ένταση της δέσμης πρωτονίων ανιχνεύοντας άμεσα γάμματα - που ονομάστηκαν έτσι επειδή παράγονται από τη διάσπαση των πυρήνων σε πολύ σύντομα χρονικά διαστήματα - που παράγονται κατά την εξαγωγή της δέσμης πρωτονίων. Με μια μικρή τροποποίηση της συσκευής, ο Lang πιστεύει ότι τα άμεσα γάμματα θα μπορούσαν να μετρηθούν για να ληφθεί ένα στιγμιότυπο της δέσμης πρωτονίων, με το PET να χρησιμοποιείται στη συνέχεια για να παρακολουθεί την εξέλιξη των ισοτόπων μετά την παράδοση της δέσμης.

«Αυτά τα αποτελέσματα δείχνουν ότι θα ήταν απλώς θέμα βελτίωσης της πειραματικής διάταξης για την τεχνική να παρέχει χρήσιμες μετρήσεις σε κλινικό περιβάλλον», λέει. "Φυσικά γνωρίζουμε ότι θα χρειαστούν ακόμα πολλές προκλινικές δοκιμές, αλλά σε αυτό το στάδιο είναι ξεκάθαρο ότι δεν υπάρχουν επιδείξεις για την τεχνική."

Ο Lang και οι συνεργάτες του περιγράφουν την προσέγγιση και τα αποτελέσματά τους σε δύο εργασίες που δημοσιεύτηκαν στο Φυσική στην Ιατρική & Βιολογία (PMB), και τα δύο είναι δωρεάν πρόσβαση. Οι ερευνητές επωφελήθηκαν επίσης από ένα αναδυόμενο μοντέλο δημοσίευσης, που ονομάζεται μετασχηματιστική συμφωνία, το οποίο τους επέτρεπε να δημοσιεύουν και τα δύο άρθρα ανοιχτής πρόσβασης χωρίς να χρειάζεται να πληρώσουν τις συνήθεις χρεώσεις δημοσίευσης άρθρων.

Σύμφωνα με αυτές τις λεγόμενες μετασχηματιστικές συμφωνίες, στην προκειμένη περίπτωση μεταξύ της IOP Publishing και του συστήματος του Πανεπιστημίου του Τέξας, οι ερευνητές σε οποιοδήποτε ίδρυμα εντός της ακαδημαϊκής ομάδας μπορούν να έχουν πρόσβαση στο ερευνητικό περιεχόμενο και να δημοσιεύουν τη δική τους εργασία δωρεάν. Πράγματι, η IOP Publishing –η οποία εκδίδει PMB για λογαριασμό του Ινστιτούτου Φυσικής και Μηχανικής στην Ιατρική– τώρα έχει ισχύσει μετασχηματιστικές συμφωνίες με περισσότερα από 900 ιδρύματα σε 33 διαφορετικές χώρες, παρέχοντας δωρεάν πρόσβαση και δημοσιεύσεις στα περισσότερα αν όχι σε όλα τα επιστημονικά περιοδικά της.

Ο στόχος αυτών των συμφωνιών ανάγνωσης και δημοσίευσης είναι να επιταχυνθεί η μετάβαση σε εκδόσεις ανοιχτής πρόσβασης, καθώς αποφεύγεται η ανάγκη των ερευνητών να προμηθεύονται τη δική τους χρηματοδότηση για τις χρεώσεις δημοσίευσης. Για τον Lang, οποιαδήποτε κίνηση που ανοίγει την επιστήμη και επιτρέπει σε διαφορετικές κοινότητες να συνεργαστούν θα συμβάλει στην ανάδυση νέων ιδεών από άλλους κλάδους που θα οδηγήσουν στη μελλοντική καινοτομία. «Αν συναντήσω ένα ενδιαφέρον χαρτί στο οποίο δεν μπορώ να έχω πρόσβαση, ιδιαίτερα αν είναι σε διαφορετικό πεδίο, μου λείπουν κάποιες πληροφορίες που μπορεί να με βοηθήσουν στη δουλειά μου», λέει. «Η ανοιχτή και δωρεάν ενημέρωση είναι απαραίτητη για να σημειώσουμε πρόοδο».

Από τις δικές του εμπειρίες στη σωματιδιακή φυσική, ο Λανγκ έχει δει τα οφέλη που μπορούν να προκύψουν από μια ανοιχτή και συνεργατική ερευνητική κουλτούρα. «Στη σωματιδιακή φυσική όλοι μοιράζονται τις καλύτερες σκέψεις και τα επιτεύγματά τους και οι άνθρωποι θέλουν να εμπλακούν στην εύρεση διαφορετικών τρόπων ανάπτυξης και εκμετάλλευσης νέων ιδεών», λέει. «Χωρίς αυτή τη συλλογική νοοτροπία, οι ανακαλύψεις που έχουμε δει στο CERN, το Fermilab και αλλού δεν θα είχαν συμβεί».

<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="Προσαρμοσμένη σχεδίαση Ο Karol Lang (κέντρο) με τον μηχανικό Marek Proga (αριστερά) και τον μεταδιδακτορικό ερευνητή John Cesar και τον ειδικά κατασκευασμένο σαρωτή PET που αναπτύχθηκε από την ομάδα. Η διαμόρφωση του σαρωτή παρέχει μετρήσεις εντός δέσμης ενώ ο ασθενής υποβάλλεται σε θεραπεία. (Ευγενική προσφορά: Michael Gajda, Πανεπιστήμιο του Τέξας στο Όστιν)” title=”Κάντε κλικ για να ανοίξετε την εικόνα στο αναδυόμενο παράθυρο” href=”https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/01/particle-physics-offers- new-views-on-flash-proton-therapy-physics-world-9.jpg”>

Ωστόσο, είναι σαφές ότι ο Λανγκ είναι απογοητευμένος που μερικοί άνθρωποι στην ιατρική κοινότητα φαίνεται να είναι λιγότερο ανοιχτόμυαλοι σε νέες ιδέες, ιδιαίτερα από έναν φυσικό που δεν έχει προηγούμενη κλινική εμπειρία. «Γνωρίζουμε ότι πολλές από τις καλύτερες τεχνολογίες στην ιατρική φυσική και την πυρηνική απεικόνιση προέρχονται από την πρόοδο της σωματιδιακής και της πυρηνικής φυσικής, αλλά είναι δύσκολο να φέρεις τις τελευταίες νέες ιδέες στην ιατρική», λέει. «Τώρα καταλαβαίνω καλύτερα γιατί συμβαίνει αυτό – η αλλαγή δοκιμασμένων και αξιόπιστων ιατρικών διαδικασιών και επίσημων πρωτοκόλλων θεραπείας είναι πολύ πιο περίπλοκη από την απλή εναλλαγή σε έναν καλύτερο ανιχνευτή – αλλά εξακολουθώ να είμαι απογοητευμένος από το πόσο δύσκολο είναι να διεισδύσεις στον τομέα και να ασχοληθείς στη συνεργατική έρευνα».

Ενώ ο Λανγκ έχει προσπαθήσει να κατασκευάσει ιατρικούς ανιχνευτές στο παρελθόν, αναγνωρίζει ότι ο ίδιος και άλλοι φυσικοί σωματιδίων μπορεί να είναι ένοχοι αφέλειας ή ακόμη και αλαζονείας όταν πρόκειται για την εισαγωγή νέων τεχνολογιών στο αυστηρά ελεγχόμενο νοσοκομειακό περιβάλλον. Για αυτή τη νέα εργασία, ωστόσο, μια ομάδα ιατρικών φυσικών του ζήτησε να αναλάβει την ηγεσία ενός ερευνητικού έργου που απαιτούσε την εξειδίκευσή του στην κατασκευή ανιχνευτών σωματιδίων. «Συνεχίζω ακόμα την έρευνά μου στη φυσική των νετρίνων, αλλά πιστεύω ότι αυτό που μπορούμε να προσφέρουμε είναι τόσο μοναδικό και αξιόλογο που ήθελα να ασχοληθώ», λέει ο Lang. «Καθώς μάθαινα περισσότερα, μου κίνησε το ενδιαφέρον και εθίστηκα πραγματικά στην ιδέα των θεραπειών FLASH».

Ενώ θα χρειαστεί περισσότερη δουλειά για τη βελτιστοποίηση της τεχνικής απεικόνισης σε δέσμη για κλινική χρήση, ο Lang πιστεύει ότι βραχυπρόθεσμα θα μπορούσε να προσφέρει ένα πολύτιμο ερευνητικό εργαλείο για την κατανόηση του φαινομένου FLASH. «Κανείς δεν ξέρει πραγματικά γιατί λειτουργεί το FLASH ή ποιες ακριβώς παράμετροι δέσμης πρέπει να χρησιμοποιηθούν για να επιτευχθούν τα καλύτερα αποτελέσματα», λέει. «Αυτό μου υποδηλώνει πολύ βαθιά ότι δεν κατανοούμε πλήρως πώς αλληλεπιδρά η ακτινοβολία είτε με υγιή είτε με καρκινικό ιστό.

Με αυτό το νέο όργανο, υποστηρίζει ο Lang, θα ήταν δυνατό να διερευνηθούν οι φυσικοί μηχανισμοί που παίζουν κατά τη διάρκεια μιας θεραπείας FLASH. «Αυτή η τεχνική θα μπορούσε να μας βοηθήσει να καταλάβουμε πώς αντιδρά το ανθρώπινο σώμα αφού έχει ακτινοβοληθεί με τόσο έντονες εκρήξεις ενέργειας», λέει. "Προσφέρει έναν τρόπο να εξερευνήσετε τις εξαρτώμενες από το χρόνο αποτελέσματα της ακτινοβολίας, κάτι που μου φαίνεται ότι δεν έχει γίνει συστηματικά στο παρελθόν."

Μακροπρόθεσμα, ωστόσο, ο στόχος είναι να δημιουργηθεί μια μέθοδος θεραπείας καθοδηγούμενη από εικόνα που θα μετρούσε τα αποτελέσματα κάθε ακτινοβολίας για την ενημέρωση και την ενημέρωση των επόμενων θεραπειών. Τέτοιες προσαρμοστικές προσεγγίσεις δεν είναι πρακτικές με τα συμβατικά πρωτόκολλα θεραπείας, στα οποία χορηγούνται μικρότερες δόσεις σε περίπου 30 καθημερινές συνεδρίες, αλλά θα μπορούσαν να είναι πιο βιώσιμες με θεραπείες FLASH που μπορεί να απαιτούν μόνο λίγες δόσεις για να προσφέρουν αρκετή ενέργεια για την εξάλειψη του καρκίνου.

«Ο έλεγχος των επιπτώσεων κάθε ακτινοβολίας θα μεταμορφώσει πλήρως τη δυναμική, την επιμελητεία και τα αποτελέσματα της θεραπείας», λέει ο Lang. «Σε συνδυασμό με την καλύτερη κατανόηση των αλληλεπιδράσεων μεταξύ των ενεργητικών πρωτονίων και του ανθρώπινου σώματος, τέτοια προσαρμοστικά πρωτόκολλα FLASH θα μπορούσαν να έχουν επαναστατικό αντίκτυπο στα αποτελέσματα των ασθενών».

• SEO Powered Content & PR Distribution. Ενισχύστε σήμερα.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Ενδυναμώστε τον εαυτό σας. Πρόσβαση εδώ.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Ενισχύθηκε η γνώση. Πρόσβαση εδώ.
• PlatoESG. Ανθρακας, Cleantech, Ενέργεια, Περιβάλλον, Ηλιακός, Διαχείριση των αποβλήτων. Πρόσβαση εδώ.
• PlatoHealth. Ευφυΐα βιοτεχνολογίας και κλινικών δοκιμών. Πρόσβαση εδώ.
• πηγή: https://physicsworld.com/a/particle-physics-offers-new-views-on-flash-proton-therapy/