Fizyka cząstek oferuje nowe spojrzenie na terapię protonową FLASH – Świat Fizyki

<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="W stronę FLASH-u sterowanego obrazem Skaner PET opracowany przez Karola Langa i jego współpracowników może wizualizować i mierzyć efekty terapii protonowej w trakcie dostarczania wiązki. (Dzięki uprzejmości: Marek Proga, Uniwersytet Teksasu w Austin)”>

Przełomowe technologie pierwotnie stworzone na potrzeby najbardziej ambitnych eksperymentów w fizyce cząstek elementarnych często uruchamiały innowacje w leczeniu i diagnostyce. Postępy w akceleratorach i inżynierii linii świetlnych pomogły w opracowaniu wysoce skutecznych strategii leczenia raka, a detektory zaprojektowane do wychwytywania najbardziej nieuchwytnych cząstek umożliwiły nowe sposoby obserwacji wewnętrznego funkcjonowania ludzkiego ciała.

W jednym z ostatnich osiągnięć amerykański zespół badawczy kierowany przez Karola Langa, eksperymentalnego fizyka cząstek elementarnych na Uniwersytecie Teksasu w Austin, po raz pierwszy osiągnął obrazowanie w czasie rzeczywistym efektów terapii protonowej FLASH przed, w trakcie i po dostarczeniu belki. Te pojawiające się terapie FLASH polegają na podaniu ultrawysokich dawek w niezwykle krótkich odstępach czasu, co może skutecznie wyeliminować komórki nowotworowe, powodując jednocześnie mniejsze uszkodzenia zdrowej tkanki. Terapia FLASH wymaga mniejszej liczby napromieniań w krótszych cyklach leczenia, co umożliwi większej liczbie pacjentów skorzystanie z terapii protonowej i znacznie zmniejszy ryzyko skutków ubocznych związanych z promieniowaniem.

Zespół badawczy, w skład którego wchodzą także fizycy medyczni z Centrum Terapii Protonowej MD Anderson w Houston, wygenerował obrazy przy użyciu specjalnie zaprojektowanego skanera do tomografii emisyjnej pozytonów (PET), techniki, która sama wyłoniła się z pionierskich eksperymentów w CERN w latach 1970. . Wykorzystując pięć różnych fantomów, które pełnią rolę surogatów ludzkiego pacjenta, zespół wykorzystał dostosowany do ich potrzeb instrument PET do obrazowania zarówno szybkiego początku wiązki protonów, jak i jej skutków do 20 minut po napromienianiu.

„Napromieniowanie protonami powoduje powstanie w organizmie krótkotrwałych izotopów, które w wielu przypadkach są emiterami pozytonów” – wyjaśnia Lang. „Dzięki terapii protonowej FLASH wiązka generuje wyższą intensywność pozytonów, co zwiększa siłę sygnału. Nawet przy użyciu małych matryc detektorów PET byliśmy w stanie wygenerować obrazy i zmierzyć zarówno liczebność izotopów, jak i ich ewolucję w czasie”.

<a data-fancybox data-src="https://physicsworld.com/wp-content/uploads/2024/01/detector-web.jpg" data-caption="Mały, ale potężny Matryce detektorów stosowane w skanerze PET są stosunkowo małe, ale intensywność wiązki FLASH umożliwia wytwarzanie obrazów i pomiar liczebności izotopów. (Dzięki uprzejmości: Marek Proga, University of Texas w Austin)” title=”Kliknij, aby otworzyć obraz w wyskakującym okienku” href=”https://physicsworld.com/wp-content/uploads/2024/01/detector-web.jpg” >

Pomiary zarejestrowane podczas tych eksperymentów weryfikujących zasadę sugerują, że skaner PET emitujący wiązkę światła mógłby zapewnić obrazowanie i dozymetrię w czasie rzeczywistym w przypadku terapii protonowej. Zespołowi udało się nawet określić intensywność wiązki protonów, wykrywając natychmiastowe promienie gamma – nazwane tak, ponieważ powstają w wyniku rozpadu jąder w bardzo krótkich odstępach czasu – powstające podczas ekstrakcji wiązki protonów. Lang uważa, że ​​wystarczy niewielka modyfikacja aparatu, aby zmierzyć natychmiastowe wartości gamma w celu uzyskania migawki wiązki protonów, a następnie zastosować PET do śledzenia ewolucji izotopów po dostarczeniu wiązki.

„Te wyniki pokazują, że w przypadku tej techniki wystarczyłoby ulepszyć konfigurację eksperymentalną, aby zapewnić przydatne pomiary w warunkach klinicznych” – mówi. „Oczywiście wiemy, że nadal konieczne będzie przeprowadzenie wielu badań przedklinicznych, ale na tym etapie jest jasne, że nie ma żadnych rozwiązań, które mogłyby przebić tę technikę”.

Lang i jego współpracownicy opisują swoje podejście i wyniki w dwóch artykułach opublikowanych w: Fizyka w medycynie i biologii (PMB), z których oba są dostępne bezpłatnie. Badacze odnieśli także korzyści z wyłaniającego się modelu wydawniczego, zwanego umową transformacyjną, który umożliwił im publikację obu artykułów w otwartym dostępie bez konieczności uiszczania zwykłych opłat za publikację artykułów.

Na mocy tak zwanych umów transformacyjnych, w tym przypadku pomiędzy IOP Publishing a University of Texas System, badacze z dowolnej instytucji w ramach grupy akademickiej mogą zarówno bezpłatnie uzyskać dostęp do treści badawczych, jak i publikować własne prace. Rzeczywiście, IOP Publishing – które wydaje PMB na zlecenie Instytutu Fizyki i Inżynierii w Medycynie – obecnie ma umowy przekształcające z ponad 900 instytucjami w 33 różnych krajach, zapewniający bezpłatny dostęp i publikacje w większości, jeśli nie w całym swoim portfolio czasopism naukowych.

Celem tych umów o odczyt i publikację jest przyspieszenie przejścia na publikację w otwartym dostępie, ponieważ pozwala to uniknąć konieczności pozyskiwania przez badaczy własnego finansowania na opłaty za publikację. Dla Langa każde posunięcie otwierające drogę do nauki i umożliwiające współpracę różnym społecznościom pomoże wyzwolić nowe pomysły z innych dyscyplin, które będą motorem przyszłych innowacji. „Jeśli natrafiam na interesujący artykuł, do którego nie mam dostępu, szczególnie jeśli dotyczy on innej dziedziny, brakuje mi informacji, które mogłyby mi pomóc w pracy” – mówi. „Otwarte i bezpłatne informacje są dla nas niezbędne do osiągnięcia postępu”.

Na podstawie własnych doświadczeń w fizyce cząstek Lang dostrzegł korzyści, jakie mogą wyniknąć z otwartej i opartej na współpracy kultury badawczej. „W fizyce cząstek elementarnych wszyscy dzielą się swoimi najlepszymi przemyśleniami i osiągnięciami, a ludzie chcą angażować się w znajdowanie różnych sposobów rozwijania i wykorzystywania nowych pomysłów” – mówi. „Bez tego nastawienia na współpracę przełomowe rozwiązania, które zaobserwowaliśmy w CERN, Fermilab i innych miejscach, po prostu nie miałyby miejsca”.

<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="Projekt indywidualny Karol Lang (w środku) z inżynierem Markiem Progą (po lewej) i badaczem ze stażem podoktorskim Johnem Cesarem oraz specjalnie zaprojektowanym skanerem PET opracowanym przez zespół. Konfiguracja skanera zapewnia pomiary w wiązce podczas leczenia pacjenta. (Dzięki uprzejmości: Michael Gajda, University of Texas w Austin)” title=”Kliknij, aby otworzyć obraz w wyskakującym okienku” href=”https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/01/particle-physics-offers- new-views-on-flash-proton-therapy-physics-world-9.jpg”>

Jednakże jasne jest, że Lang jest sfrustrowany faktem, że niektórzy ludzie w środowisku medycznym wydają się być mniej otwarci na nowe pomysły, zwłaszcza ze strony fizyka, który nie ma wcześniejszego doświadczenia klinicznego. „Wiemy, że wiele najlepszych technologii w fizyce medycznej i obrazowaniu jądrowym wywodzi się z postępów w fizyce cząstek elementarnych i fizyce jądrowej, ale trudno jest wprowadzić najnowsze pomysły do ​​medycyny” – mówi. „Teraz lepiej rozumiem, dlaczego tak się dzieje – zmiana sprawdzonych procedur medycznych i formalnych protokołów leczenia jest znacznie bardziej skomplikowana niż zwykła wymiana lepszego detektora – ale nadal jestem rozczarowany, jak trudno jest przeniknąć do sektora i zaangażować się we wspólnych badaniach.”

Chociaż Lang już wcześniej próbował konstruować detektory medyczne, przyznaje, że on i inni fizycy cząstek elementarnych mogą dopuścić się naiwności, a nawet arogancji, jeśli chodzi o wprowadzanie nowatorskich technologii do ściśle kontrolowanego środowiska szpitalnego. Jednak na potrzeby tej nowej pracy grupa fizyków medycznych poprosiła go o kierowanie projektem badawczym, który wymagał jego wiedzy specjalistycznej w zakresie budowy detektorów cząstek. „Nadal kontynuuję badania w dziedzinie fizyki neutrin, ale uważam, że to, co możemy zaoferować, jest na tyle wyjątkowe i wartościowe, że chciałem się w to zaangażować” – mówi Lang. „W miarę zdobywania wiedzy stawałam się coraz bardziej zaintrygowana i naprawdę uzależniłam się od idei zabiegów FLASH”.

Chociaż optymalizacja techniki obrazowania w wiązce do zastosowań klinicznych będzie wymagała dalszych prac, Lang uważa, że ​​w perspektywie krótkoterminowej może ona stać się cennym narzędziem badawczym pomagającym zrozumieć efekt FLASH. „Nikt tak naprawdę nie wie, dlaczego FLASH działa ani jakie dokładnie parametry wiązki należy zastosować, aby uzyskać najlepsze rezultaty” – mówi. „To dla mnie głęboko sugeruje, że nie w pełni rozumiemy, w jaki sposób promieniowanie oddziałuje na tkankę zdrową lub nowotworową”.

Dzięki temu nowemu instrumentowi, argumentuje Lang, możliwe byłoby zbadanie mechanizmów fizycznych zachodzących podczas terapii FLASH. „Ta technika może pomóc nam zrozumieć, jak reaguje ludzkie ciało po napromieniowaniu tak intensywnymi wybuchami energii” – mówi. „Dzięki temu możliwe jest zbadanie zależnych od czasu skutków napromieniania, czego, jak sądzę, nie robiono wcześniej w sposób systematyczny”.

Jednak w dłuższej perspektywie celem jest stworzenie metody leczenia sterowanej obrazem, która mierzyłaby skutki każdego napromieniania, aby informować i aktualizować kolejne metody leczenia. Takie podejścia adaptacyjne są niepraktyczne w przypadku konwencjonalnych protokołów leczenia, w których mniejsze dawki podawane są w ciągu około 30 sesji dziennie, ale mogą być bardziej wykonalne w przypadku terapii FLASH, które mogą wymagać jedynie kilku dawek, aby dostarczyć wystarczającą ilość energii do zwalczenia raka.

„Sprawdzanie efektów każdego napromieniania całkowicie zmieniłoby dynamikę, logistykę i wyniki leczenia” – mówi Lang. „W połączeniu z lepszym zrozumieniem interakcji między protonami energetycznymi a ciałem ludzkim, takie adaptacyjne protokoły FLASH mogą mieć rewolucyjny wpływ na wyniki pacjentów”.

• Dystrybucja treści i PR oparta na SEO. Uzyskaj wzmocnienie już dziś.
• PlatoData.Network Pionowe generatywne AI. Wzmocnij się. Dostęp tutaj.
• PlatoAiStream. Inteligencja Web3. Wiedza wzmocniona. Dostęp tutaj.
• PlatonESG. Węgiel Czysta technologia, Energia, Środowisko, Słoneczny, Gospodarowanie odpadami. Dostęp tutaj.
• Platon Zdrowie. Inteligencja w zakresie biotechnologii i badań klinicznych. Dostęp tutaj.
• Źródło: https://physicsworld.com/a/particle-physics-offers-new-views-on-flash-proton-therapy/