La física de partículas ofrece nuevos puntos de vista sobre la terapia de protones 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="Hacia FLASH guiado por imágenes Un escáner PET desarrollado por Karol Lang y sus colegas puede visualizar y medir los efectos de la terapia de protones mientras se administra el haz. (Cortesía: Marek Proga, Universidad de Texas en Austin)”>

Las tecnologías innovadoras creadas originalmente para los experimentos más ambiciosos en física de partículas a menudo han desencadenado innovaciones en el tratamiento y el diagnóstico médicos. Los avances en aceleradores y en ingeniería de líneas de luz han ayudado al desarrollo de estrategias altamente efectivas para tratar el cáncer, mientras que los detectores diseñados para capturar las partículas más esquivas han ofrecido nuevas formas de ver el funcionamiento interno del cuerpo humano.

En un avance reciente, un equipo de investigación con sede en Estados Unidos dirigido por Karol Lang, física experimental de partículas de la Universidad de Texas en Austin, logró por primera vez Imágenes en tiempo real de los efectos de la terapia de protones FLASH. antes, durante y después de la entrega del rayo. Estos tratamientos FLASH emergentes administran dosis ultraaltas en períodos de tiempo extremadamente cortos, lo que puede erradicar eficazmente las células cancerosas y causar menos daño al tejido sano. Los tratamientos FLASH requieren menos irradiaciones en ciclos de tratamiento más cortos, lo que permitiría que más pacientes se beneficiaran de la terapia de protones y reduciría significativamente el riesgo de efectos secundarios relacionados con la radiación.

El equipo de investigación, en el que también participan físicos médicos del Centro de Terapia de Protones MD Anderson en Houston, produjo las imágenes utilizando un escáner diseñado específicamente para la tomografía por emisión de positrones (PET), una técnica que a su vez surgió de experimentos pioneros en el CERN en la década de 1970. . Utilizando cinco fantasmas diferentes que actúan como sustitutos de un paciente humano, el equipo aprovechó su instrumento PET personalizado para obtener imágenes tanto del rápido inicio del haz de protones como de sus efectos hasta 20 minutos después de la irradiación.

“La irradiación con protones produce en el cuerpo isótopos de vida corta que en muchos casos son emisores de positrones”, explica Lang. “Con la terapia de protones FLASH, el haz genera una mayor intensidad de positrones, lo que aumenta la intensidad de la señal. Incluso con pequeños conjuntos de detectores PET pudimos producir imágenes y medir tanto la abundancia de los isótopos como su evolución en el tiempo”.

<a data-fancybox data-src="https://physicsworld.com/wp-content/uploads/2024/01/detector-web.jpg" data-caption="Pequeño pero poderoso Los conjuntos de detectores utilizados en el escáner PET son relativamente pequeños, pero la intensidad del haz FLASH permite producir imágenes y medir la abundancia de los isótopos. (Cortesía: Marek Proga, Universidad de Texas en Austin)” title=”Haga clic para abrir la imagen en la ventana emergente” href=”https://physicsworld.com/wp-content/uploads/2024/01/detector-web.jpg” >

Las mediciones registradas durante estos experimentos de prueba de principio sugieren que un escáner PET de haz podría proporcionar imágenes y dosimetría en tiempo real para tratamientos de terapia de protones. El equipo incluso pudo determinar la intensidad del haz de protones detectando gammas rápidas (llamadas así porque se producen por la desintegración de los núcleos en escalas de tiempo muy cortas) producidas durante la extracción del haz de protones. Con sólo una ligera modificación del aparato, Lang cree que los gammas rápidos podrían medirse para obtener una instantánea del haz de protones, y luego se utilizaría PET para seguir la evolución de los isótopos después de que se haya entregado el haz.

"Estos resultados muestran que sería simplemente una cuestión de mejorar la configuración experimental de la técnica para proporcionar mediciones útiles en un entorno clínico", afirma. "Por supuesto, sabemos que todavía sería necesario realizar muchas pruebas preclínicas, pero en esta etapa está claro que no hay obstáculos para esta técnica".

Lang y sus colegas describen su enfoque y resultados en dos artículos publicados en Física en Medicina y Biología (PMB), ambos de acceso gratuito. Los investigadores también se beneficiaron de un modelo de publicación emergente, llamado acuerdo transformador, que les permitió publicar ambos artículos en acceso abierto sin necesidad de pagar los cargos habituales de publicación de artículos.

Según estos llamados acuerdos transformadores, en este caso entre IOP Publishing y el Sistema de la Universidad de Texas, los investigadores de cualquier institución dentro del grupo académico pueden acceder al contenido de la investigación y publicar su propio trabajo de forma gratuita. De hecho, IOP Publishing –que publica PMB en nombre del Instituto de Física e Ingeniería en Medicina– ahora tiene acuerdos transformadores vigentes con más de 900 instituciones en 33 países diferentes, brindando acceso gratuito y publicando en la mayoría, si no en toda su cartera de revistas científicas.

El objetivo de estos acuerdos de lectura y publicación es acelerar la transición hacia la publicación de acceso abierto, ya que evita la necesidad de que los investigadores obtengan su propia financiación para los gastos de publicación. Para Lang, cualquier movimiento que abra la ciencia y permita que diferentes comunidades colaboren ayudará a generar nuevas ideas de otras disciplinas que impulsarán la innovación futura. "Si me encuentro con un artículo interesante al que no puedo acceder, especialmente si pertenece a un campo diferente, me falta información que podría ayudarme en mi trabajo", afirma. "La información abierta y gratuita es esencial para que podamos avanzar".

A partir de sus propias experiencias en física de partículas, Lang ha visto los beneficios que pueden surgir de una cultura de investigación abierta y colaborativa. "En la física de partículas, todo el mundo comparte sus mejores pensamientos y logros, y la gente quiere implicarse en la búsqueda de diferentes formas de desarrollar y explotar nuevas ideas", afirma. "Sin esa mentalidad colaborativa, los avances que hemos visto en el CERN, el Fermilab y otros lugares simplemente no habrían ocurrido".

<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="Diseño personalizado Karol Lang (centro) con el ingeniero Marek Proga (izquierda) y el investigador postdoctoral John Cesar y el escáner PET especialmente desarrollado por el equipo. La configuración del escáner proporciona mediciones en el haz mientras se trata al paciente. (Cortesía: Michael Gajda, Universidad de Texas en Austin)” title=”Haga clic para abrir la imagen en la ventana emergente” href=”https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/01/particle-physics-offers- nuevas-vistas-sobre-la-terapia-de-protones-flash-física-mundo-9.jpg”>

Sin embargo, está claro que Lang está frustrado porque algunas personas en la comunidad médica parecen tener una mentalidad menos abierta a nuevas ideas, particularmente de un físico que no tiene experiencia clínica previa. "Sabemos que muchas de las mejores tecnologías en física médica e imágenes nucleares provienen de avances en la física nuclear y de partículas, pero es difícil llevar las últimas ideas nuevas a la medicina", dice. “Ahora entiendo mejor por qué es así: cambiar los procedimientos médicos probados y confiables y los protocolos de tratamiento formales es mucho más complicado que simplemente cambiar un detector mejor, pero todavía estoy decepcionado por lo difícil que es penetrar en el sector y participar. en la investigación colaborativa”.

Si bien Lang ha intentado construir detectores médicos antes, reconoce que él y otros físicos de partículas pueden ser culpables de ingenuidad o incluso arrogancia cuando se trata de introducir tecnologías novedosas en el entorno hospitalario estrictamente controlado. Sin embargo, para este nuevo trabajo, un grupo de físicos médicos le pidió que liderara un proyecto de investigación que requería su experiencia en la construcción de detectores de partículas. "Aún sigo con mi investigación en física de neutrinos, pero creo que lo que podemos ofrecer es tan único y valioso que quería involucrarme", dice Lang. "A medida que aprendí más, me sentí más intrigado y realmente me enganché a la idea de los tratamientos FLASH".

Si bien se necesitará más trabajo para optimizar la técnica de imágenes en haz para uso clínico, Lang cree que a corto plazo podría ofrecer una valiosa herramienta de investigación para ayudar a comprender el efecto FLASH. "Nadie sabe realmente por qué funciona FLASH ni exactamente qué parámetros del haz se deben utilizar para lograr los mejores resultados", afirma. "Eso me sugiere profundamente que no entendemos completamente cómo interactúa la radiación con el tejido sano o canceroso".

Con este nuevo instrumento, sostiene Lang, sería posible explorar los mecanismos físicos que intervienen durante un tratamiento FLASH. "Esta técnica podría ayudarnos a comprender cómo reacciona el cuerpo humano después de haber sido irradiado con ráfagas de energía tan intensas", afirma. "Ofrece una manera de explorar los efectos de la irradiación dependientes del tiempo, algo que, en mi opinión, no se había hecho sistemáticamente antes".

Sin embargo, a más largo plazo, el objetivo es crear una modalidad de tratamiento guiado por imágenes que mediría los efectos de cada irradiación para informar y actualizar los tratamientos posteriores. Estos enfoques adaptativos no son prácticos con los protocolos de tratamiento convencionales, en los que se administran dosis más pequeñas en alrededor de 30 sesiones diarias, pero podrían ser más viables con tratamientos FLASH que pueden requerir sólo unas pocas dosis para administrar suficiente energía para erradicar el cáncer.

"Comprobar los efectos de cada irradiación transformaría completamente la dinámica, la logística y los resultados del tratamiento", afirma Lang. "Combinado con una mejor comprensión de las interacciones entre los protones energéticos y el cuerpo humano, estos protocolos FLASH adaptativos podrían tener un impacto revolucionario en los resultados de los pacientes".

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