Ultranagy dózisú röntgenplatform a FLASH sugárbiológiai kutatásokhoz – a fizika világa

<a data-fancybox data-src="https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/02/ultrahigh-dose-rate-x-ray-platform-lines-up-for-flash-radiobiological-research-physics-world.jpg" data-caption="Az első beamline kísérletek First author Nolan Esplen at the FLASH Irradiation Research Station at TRIUMF. (Courtesy: Luca Egoriti)” title=”Click to open image in popup” href=”https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/02/ultrahigh-dose-rate-x-ray-platform-lines-up-for-flash-radiobiological-research-physics-world.jpg”>

Kanadai kutatók egy röntgenbesugárzási platformot jellemeztek a FLASH sugárterápia sugárbiológiai vizsgálataihoz – egy olyan új rákkezelési technikához, amely ultrahigh-dose rate (UHDR) besugárzást alkalmaz. A TRIUMF FLASH Irradiation Research Station névre keresztelt platform vagy „FIRST” 10 MV röntgensugarat képes leadni 100 Gy/s-ot meghaladó dózisteljesítmény mellett.

Az ARIEL fényvonalánál található TRIUMF, Kanada részecskegyorsító központja, a FIRST jelenleg az egyetlen ilyen típusú besugárzási platform Észak-Amerikában. Világszerte két kísérleti UHDR megafeszültségű röntgensugár van: egy vancouveri TRIUMF-ban és egy másik Chengduban, a Kínai Mérnöki Fizikai Akadémia terahertzes szabad elektronlézerén.

A kutatók szerint a megafeszültségű röntgensugarak szerény gyorsító specifikációkat igényelnek, összehasonlítva a mélyen elhelyezkedő daganatok kezelésére használt egyéb módszerekkel, és a FIRST egy közös sugárvonalon UHDR-t és hagyományos megafeszültségű besugárzást is kínál.

„Hiány van az ultranagy dózisú röntgensugárforrások elérhetőségében; ez egyfajta kielégítetlen szükséglet a terepen, és nem áll rendelkezésre kereskedelmi platform az ilyen típusú sugárzás rutinszerű leadására” – magyarázza. Nolan Esplen, az MD Anderson Cancer Center posztdoktori kutatója. "Ez a többéves együttműködési projekt [a TRIUMF-fel] … lehetőséget teremtett arra, hogy ezt az egyedülálló laboratóriumot egy nagy energiájú szupravezető elektron-linachoz való hozzáféréssel hozzuk létre, hogy olyan típusú sugárzást állítsanak elő, amelyet a FLASH sugárbiológiai kutatásokhoz szeretnénk megvizsgálni."

Esplen az ELSŐ karakterizálási kísérleteket hajtotta végre, miközben végzős hallgató volt a Victoria Egyetem dolgozik a XCITE Lab. A kutatócsoport legfrissebb, ben megjelent tanulmánya Nature tudományos jelentései, az ELSŐ és a kezdeti preklinikai kísérletek átfogó jellemzését mutatja be. A szimulációs munka 2022-ben jelent meg Fizika az orvostudományban és a biológiában.

„Már egy ideje foglalkozunk ultranagy dózisú besugárzással” – mondja az XCITE Lab igazgatója. Magdalena Bazalova-Carter. „Elkezdtünk beszélgetni a TRIUMF munkatársaival az ARIEL sugárvonalról, és arról, hogy ha megépítenénk egy célt erre a sugárvonalra, milyen röntgendózist kapunk. Így kezdődött az egész.”

FIRST elsői

A kutatók feltárták a rendelkezésre álló és klinikailag releváns nyalábparaméterek egy részét, hogy jellemezzék a FIRST-et UHDR és hagyományos dózisteljesítmény mellett. Az elektronnyaláb energiáját 10 MeV-on rögzítették a dózisteljesítmény maximalizálása és a cél hosszú élettartam érdekében, a nyaláb áramát (csúcsáram) pedig 95 és 105 µA közé állították. A dózissebességeket filmdózisméréssel számítottuk ki.

A 40 Gy/s feletti dózist 4.1 cm-es mélységig értek el 1 cm-es mezőméret mellett. A klinikai 10 MV-s nyalábbal összehasonlítva a FIRST csökkentett felületi dózisfelhalmozódást kínált. Az alacsony energiájú elektronforrásokhoz képest a FIRST fokozatosabb dóziscsökkenést kínált d után._max (a maximális dózis mélysége). A kutatócsoport megjegyzi, hogy a meredek felületi mélység-dózis gradiensek olyan dózis heterogenitási problémákhoz vezettek, amelyek jelenleg a preklinikai munkára korlátozzák az alkalmazásokat. A forrás stabilitásának korlátai az áramerősség és a dózis eltéréséhez vezettek.

A jellemzési vizsgálatok alapján a kutatók ezután a FIRST segítségével UHDR-t (80 Gy/s felett) és alacsony dózisú hagyományos röntgensugárzást juttattak egészséges egerek tüdejébe. Sikeresen adták be a 15 és 30 Gy-os adagokat az előírás 10%-án belül 1 cm mélységben. A tüdőszövet inhomogenitásának hatásait nem korrigálták (a csoport tervezési tanulmánya elhanyagolható perturbációkra mutatott rá a megafeszültségű nyalábenergiáknál). Az elektronforrás kimenete és a film dozimetriai varianciája uralta a kezelés előtti dózismérés bizonytalanságait.

Tanulságok

A fizikai tér, amelyben a FIRST található, eredetileg nyaláblerakónak készült – és ma is – (ahol a töltött részecskék nyalábja biztonságosan elnyelhető). Ez néhány egyedi tervezési kihíváshoz vezetett a FIRST számára.

„Nem volt alapja annak, amit csináltunk, és ez egyben fejlődési lehetőség is volt a TRIUMF számára. Sokan tanultak a rendszerről, valamint az ilyen típusú szállítás árnyalatairól, és olyan dolgokról, amelyeket jól csináltunk, és mit tehetnénk még jobban a jövőben” – mondja Esplen. „Azzal a ténnyel, hogy ez egy fejlesztés alatt álló létesítmény, mi voltunk az első tudományos lehetőség – ez egy nagyon dinamikus környezet. Rendkívül tehetséges munkatársaink és sugárfizikusaink dolgoztak azon, hogy beállítsák a nyalábvonalak összes optikai paraméterét, hogy megfelelő méretű, minimálisan diszperzív sugarat tudjunk szállítani a célpontra.”

A kutatók kísérletei idején 45 percenként csak egy fantompárt vagy egyetlen egeret tudtak besugározni, miután figyelembe vették a platform beállítását, szállítását és leállítását. A nyalábvonalon és magán a sugárnyalábon végzett minden beállítás után a kutatóknak újra kellett hangolniuk a sugarat, hogy megerősítsék annak kimenetét és dozimetriáját.

A hagyományos röntgencsövek képesek FLASH dózisteljesítményt adni?

„Ez egy másik történet, mint a klinikai orvosi fizika. Amikor egy kórházban kísérleteket végez egy linac-on, egy ember képes kezelni az egész kísérletet… Ez egy egészen más helyzet” – mondja Bazalova-Carter. „Öt embernek kellett futtatnia a sugárvonalat [ezekhez a kísérletekhez], hogy az összes képernyőt monitorozzák – és bár messze nem mindegyiket használtuk a kísérleteinkhez, azt hiszem, 113 képernyőt számoltam meg a vezérlőteremben… Elég érdekes volt, hogy mi nagyon tisztességes dózisegyezést érhet el a Monte Carlo-szimulációk és a kísérletek között, tekintettel arra, hogy ezek a kísérletek milyen kihívást jelentenek.

Az ilyen akadályok ellenére a FIRST platform előnyei közé tartozik a kulcsfontosságú forrásparaméterek vezérlése, beleértve az impulzusismétlési frekvenciát, a csúcsáramot, a nyaláb energiáját és az átlagos teljesítményt.

„Mi voltunk az ARIEL beamline első felhasználója” – mondja Bazalova-Carter. "Rendkívül megnyugtató volt, miután sok éven át dolgoztam ezen a projekten, hogy ténylegesen futtathattam egérbesugárzási kísérleteket."

Egy sugárbiológiai nyomon követési vizsgálat várható.

• SEO által támogatott tartalom és PR terjesztés. Erősödjön még ma.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Erősítse meg magát. Hozzáférés itt.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Felerősített tudás. Hozzáférés itt.
• PlatoESG. Carbon, CleanTech, Energia, Környezet, Nap, Hulladékgazdálkodás. Hozzáférés itt.
• PlatoHealth. Biotechnológiai és klinikai vizsgálatok intelligencia. Hozzáférés itt.
• Forrás: https://physicsworld.com/a/ultrahigh-dose-rate-x-ray-platform-lines-up-for-flash-radiobiological-research/