Hiukkasfysiikka tarjoaa uusia näkemyksiä FLASH-protoniterapiasta – 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="Kohti kuvaohjattua FLASHia Karol Langin ja hänen kollegoidensa kehittämä PET-skanneri voi visualisoida ja mitata protonihoidon vaikutuksia säteen toimittamisen aikana. (Kohtelias: Marek Proga, Texasin yliopisto, Austin)”>

Alun perin kunnianhimoisimpia hiukkasfysiikan kokeita varten luodut läpimurtoteknologiat ovat usein käynnistäneet innovaatioita lääketieteellisessä hoidossa ja diagnoosissa. Kiihdyttimien ja beamline-tekniikan kehitys on auttanut kehittämään erittäin tehokkaita strategioita syövän hoitoon, kun taas vaikeasti havaittavissa olevien hiukkasten sieppaamiseen suunnitellut ilmaisimet ovat tarjonneet uusia tapoja tarkastella ihmiskehon sisäistä toimintaa.

Yhdysvaltalainen tutkimusryhmä, jota johtaa Austinin Texasin yliopiston kokeellinen hiukkasfyysikko Karol Lang, on saavuttanut ensimmäistä kertaa. FLASH-protoniterapian vaikutusten reaaliaikainen kuvantaminen ennen säteen toimittamista, sen aikana ja sen jälkeen. Nämä nousevat FLASH-hoidot antavat erittäin suuria annoksia erittäin lyhyessä ajassa, mikä voi tehokkaasti hävittää syöpäsolut ja aiheuttaa vähemmän vahinkoa terveille kudoksille. FLASH-hoidot vaativat vähemmän säteilytystä lyhyemmillä hoitojaksoilla, mikä antaisi useammalle potilaille mahdollisuuden hyötyä protonihoidosta ja vähentää merkittävästi säteilyyn liittyvien sivuvaikutusten riskiä.

Tutkimusryhmä, johon osallistuu myös Houstonin MD Andersonin protoniterapiakeskuksen lääketieteellisiä fyysikoita, tuotti kuvat käyttämällä tarkoitukseen suunniteltua skanneria positroniemissiotomografiaa (PET) varten, tekniikkaa, joka itse syntyi uraauurtavista kokeista CERNissä 1970-luvulla. . Työryhmä käytti viittä erilaista fantomia, jotka toimivat ihmispotilaan korvikkeina, ja käyttivät räätälöityä PET-instrumenttiaan kuvaamaan sekä protonisäteen nopeaa alkamista että sen vaikutuksia jopa 20 minuuttia säteilytyksen jälkeen.

"Protonien säteilytys tuottaa elimistössä lyhytikäisiä isotooppeja, jotka ovat monissa tapauksissa positronien säteilijöitä", Lang selittää. ”FLASH-protoniterapialla säde tuottaa korkeamman positroniintensiteetin, mikä lisää signaalin voimakkuutta. Jopa pienillä PET-ilmaisinryhmillä pystyimme tuottamaan kuvia ja mittaamaan sekä isotooppien runsautta että niiden kehitystä ajan myötä.

<a data-fancybox data-src="https://physicsworld.com/wp-content/uploads/2024/01/detector-web.jpg" data-caption="Pieni mutta voimakas PET-skannerissa käytetyt ilmaisinryhmät ovat suhteellisen pieniä, mutta FLASH-säteen intensiteetti mahdollistaa kuvien tuottamisen ja isotooppien runsauden mittaamisen. (Lupa: Marek Proga, University of Texas at Austin)” title=”Avaa kuva ponnahdusikkunassa napsauttamalla” href=”https://physicsworld.com/wp-content/uploads/2024/01/detector-web.jpg” >

Näiden periaatekokeiden aikana kirjatut mittaukset viittaavat siihen, että säteen sisäinen PET-skanneri voisi tarjota reaaliaikaista kuvantamista ja dosimetriaa protoniterapiahoitoihin. Tiimi pystyi jopa määrittämään protonisäteen intensiteetin havaitsemalla nopeat gammat – jotka on nimetty siksi, että ne muodostuvat ytimien hajoamisesta hyvin lyhyessä ajassa – jotka syntyvät protonisäteen erottamisen aikana. Lang uskoo, että vain pienellä laitteiston modifioinnilla voidaan mitata nopeat gammat, jotta saadaan tilannekuva protonisäteestä, jolloin PET:tä käytetään seuraamaan isotooppien kehitystä säteen toimittamisen jälkeen.

"Nämä tulokset osoittavat, että olisi vain parannettava tekniikan kokeellista järjestelyä hyödyllisten mittausten tarjoamiseksi kliinisessä ympäristössä", hän sanoo. "Tietenkin tiedämme, että prekliinisiä testejä tarvitaan vielä paljon, mutta tässä vaiheessa on selvää, että tekniikalle ei ole olemassa mitään todisteita."

Lang ja hänen kollegansa kuvaavat lähestymistapaansa ja tuloksiaan kahdessa vuonna julkaistussa artikkelissa Fysiikka lääketieteessä ja biologiassa (PMB), joihin molempiin on vapaa pääsy. Tutkijat hyötyivät myös kehittyvästä julkaisumallista, jota kutsutaan transformatiiviseksi sopimukseksi, jonka avulla he saattoivat julkaista molemmat artikkelit avoimesti ilman tavallisia artikkelien julkaisumaksuja.

Näiden niin sanottujen transformatiivisten sopimusten, tässä tapauksessa IOP Publishingin ja University of Texas Systemin välillä, akateemisen ryhmän minkä tahansa laitoksen tutkijat voivat sekä käyttää tutkimussisältöä että julkaista omia töitään ilmaiseksi. Todellakin, IOP Publishing – joka julkaisee PMB:n lääketieteen fysiikan ja tekniikan instituutin puolesta – nyt muuttavat sopimukset ovat voimassa yli 900 laitoksella 33 eri maassa, ja se tarjoaa ilmaisen pääsyn ja julkaisun useimpiin ellei koko tieteellisiin lehtiin.

Näiden luku- ja julkaisusopimusten tavoitteena on nopeuttaa siirtymistä avoimeen julkaisemiseen, sillä näin vältetään tutkijoiden tarve hankkia omaa rahoitusta julkaisumaksuihin. Langille jokainen liike, joka avaa tiedettä ja mahdollistaa eri yhteisöjen yhteistyön, auttaa synnyttämään uusia ideoita muilta tieteenaloilta, jotka ohjaavat tulevaisuuden innovaatioita. "Jos törmään mielenkiintoiseen paperiin, johon en pääse käsiksi, varsinkin jos se on eri alalta, minulta puuttuu tietoja, jotka voisivat auttaa minua työssäni", hän sanoo. "Avoin ja ilmainen tieto on meille välttämätöntä edistymisen kannalta."

Omista hiukkasfysiikan kokemuksistaan ​​Lang on nähnyt hyödyt, joita avoimesta ja yhteistyöhön perustuvasta tutkimuskulttuurista voi syntyä. "Hiukkafysiikassa jokainen jakaa parhaat ajatuksensa ja saavutuksensa, ja ihmiset haluavat olla mukana etsimässä erilaisia ​​tapoja kehittää ja hyödyntää uusia ideoita", hän sanoo. "Ilman tätä yhteistyöhön perustuvaa ajattelutapaa CERNissä, Fermilabissa ja muualla näkemiämme läpimurtoja ei vain olisi tapahtunut."

<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="Custom suunnittelu Karol Lang (keskellä) insinööri Marek Progan (vasemmalla) ja post doc -tutkija John Cesarin kanssa sekä ryhmän kehittämä tarkoitukseen rakennettu PET-skanneri. Skannerin kokoonpano mahdollistaa säteen sisäiset mittaukset potilaan hoidon aikana. (Lupa: Michael Gajda, Texasin yliopisto, Austin)” title=”Avaa kuva ponnahdusikkunassa napsauttamalla” href=”https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/01/particle-physics-offers- new-views-on-flash-proton-therapy-physics-world-9.jpg”>

On kuitenkin selvää, että Lang on turhautunut siihen, että jotkut lääketieteellisen yhteisön ihmiset näyttävät olevan vähemmän avoimia uusille ideoille, erityisesti fyysikolta, jolla ei ole aikaisempaa kliinistä kokemusta. "Tiedämme, että monet lääketieteellisen fysiikan ja ydinkuvantamisen parhaista teknologioista ovat peräisin hiukkas- ja ydinfysiikan edistysaskeleista, mutta uusimpia ideoita on vaikea tuoda lääketieteeseen", hän sanoo. "Ymmärrän nyt paremmin miksi näin on – hyväksi havaittujen lääketieteellisten menetelmien ja virallisten hoitokäytäntöjen muuttaminen on paljon monimutkaisempaa kuin vain paremman ilmaisimen vaihtaminen - mutta olen silti pettynyt siihen, kuinka vaikeaa on tunkeutua alalle ja sitoutua. yhteistutkimuksessa."

Vaikka Lang on yrittänyt rakentaa lääketieteellisiä ilmaisimia aiemmin, hän myöntää, että hän ja muut hiukkasfyysikot voivat syyllistyä naiiviin tai jopa ylimielisyyteen, kun on kyse uusien teknologioiden tuomisesta tiukasti kontrolloituun sairaalaympäristöön. Tätä uutta työtä varten ryhmä lääketieteellisiä fyysikoita pyysi häntä ottamaan johtoon tutkimusprojektin, joka vaati hänen asiantuntemusta hiukkasilmaisimien rakentamisesta. "Jatkan edelleen neutrinofysiikan tutkimustani, mutta uskon, että se, mitä voimme tarjota, on niin ainutlaatuista ja arvokasta, että halusin olla mukana", Lang sanoo. "Kun opin lisää, kiinnostuin enemmän ja jäin todella koukkuun ajatukseen FLASH-hoidoista."

Vaikka tarvitaan enemmän työtä valokeilan sisäisen kuvantamistekniikan optimoimiseksi kliiniseen käyttöön, Lang uskoo, että lyhyellä aikavälillä se voisi tarjota arvokkaan tutkimustyökalun FLASH-vaikutuksen ymmärtämiseen. "Kukaan ei todellakaan tiedä, miksi FLASH toimii tai mitä sädeparametreja tulisi käyttää parhaiden tulosten saavuttamiseksi", hän sanoo. "Tämä viittaa minusta melko syvästi siihen, että emme täysin ymmärrä, kuinka säteily on vuorovaikutuksessa terveen tai syöpäkudoksen kanssa."

Lang väittää, että tällä uudella instrumentilla olisi mahdollista tutkia FLASH-hoidon aikana esiintyviä fyysisiä mekanismeja. "Tämä tekniikka voisi auttaa meitä ymmärtämään, kuinka ihmiskeho reagoi sen jälkeen, kun sitä on säteilytetty niin voimakkailla energiapurkauksilla", hän sanoo. "Se tarjoaa tavan tutkia säteilytyksen ajasta riippuvia vaikutuksia, mitä ei mielestäni ole tehty systemaattisesti aiemmin."

Pidemmällä aikavälillä tavoitteena on kuitenkin luoda kuvaohjattu hoitomuoto, joka mittaisi kunkin säteilytyksen vaikutuksia myöhempien hoitojen tiedottamiseksi ja päivittämiseksi. Tällaiset mukautuvat lähestymistavat ovat epäkäytännöllisiä tavanomaisten hoitokäytäntöjen kanssa, joissa pienemmät annokset annetaan noin 30 päivittäisessä istunnossa, mutta ne voisivat olla kannattavampia FLASH-hoidoilla, jotka saattavat vaatia vain muutaman annoksen riittävän energian toimittamiseen syövän hävittämiseksi.

"Jokaisen säteilytyksen vaikutusten tarkistaminen muuttaisi täysin hoidon dynamiikkaa, logistiikkaa ja tuloksia", Lang sanoo. "Yhdessä parempaan ymmärrykseen energeettisten protonien ja ihmiskehon välisestä vuorovaikutuksesta, tällaisilla mukautuvilla FLASH-protokollalla voi olla vallankumouksellinen vaikutus potilaiden tuloksiin."

• SEO-pohjainen sisällön ja PR-jakelu. Vahvista jo tänään.
• PlatoData.Network Vertical Generatiivinen Ai. Vahvista itseäsi. Pääsy tästä.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Tietoa laajennettu. Pääsy tästä.
• PlatoESG. hiili, CleanTech, energia, ympäristö, Aurinko, Jätehuolto. Pääsy tästä.
• PlatonHealth. Biotekniikan ja kliinisten kokeiden älykkyys. Pääsy tästä.
• Lähde: https://physicsworld.com/a/particle-physics-offers-new-views-on-flash-proton-therapy/