A física de partículas oferece novas visões sobre a terapia de prótons 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="Em direção ao FLASH guiado por imagem Um scanner PET desenvolvido por Karol Lang e seus colegas pode visualizar e medir os efeitos da terapia de prótons enquanto o feixe está sendo aplicado. (Cortesia: Marek Proga, Universidade do Texas em Austin)”>

Tecnologias inovadoras originalmente criadas para as experiências mais ambiciosas em física de partículas desencadearam frequentemente inovações no tratamento e diagnóstico médico. Os avanços nos aceleradores e na engenharia de linhas de luz ajudaram no desenvolvimento de estratégias altamente eficazes para o tratamento do cancro, enquanto os detectores concebidos para capturar as partículas mais evasivas ofereceram novas formas de visualizar o funcionamento interno do corpo humano.

Num desenvolvimento recente, uma equipa de investigação baseada nos EUA liderada por Karol Lang, física experimental de partículas da Universidade do Texas em Austin, conseguiu pela primeira vez imagens em tempo real dos efeitos da terapia de prótons FLASH antes, durante e depois da entrega do feixe. Esses tratamentos FLASH emergentes administram doses ultra-altas em prazos extremamente curtos, o que pode erradicar efetivamente as células cancerígenas e, ao mesmo tempo, causar menos danos aos tecidos saudáveis. Os tratamentos FLASH requerem menos irradiações em ciclos de tratamento mais curtos, o que permitiria que mais pacientes se beneficiassem da terapia com prótons e reduziria significativamente o risco de efeitos colaterais relacionados à radiação.

A equipe de pesquisa, que também envolve físicos médicos do MD Anderson Proton Therapy Center, em Houston, produziu as imagens usando um scanner projetado especificamente para tomografia por emissão de pósitrons (PET), uma técnica que surgiu de experimentos pioneiros no CERN na década de 1970. . Usando cinco fantasmas diferentes que atuam como substitutos para um paciente humano, a equipe explorou seu instrumento PET personalizado para obter imagens do rápido início do feixe de prótons e de seus efeitos até 20 minutos após a irradiação.

“A irradiação por prótons produz isótopos de vida curta no corpo que, em muitos casos, são emissores de pósitrons”, explica Lang. “Com a terapia de prótons FLASH, o feixe gera uma intensidade de pósitrons mais alta, o que aumenta a força do sinal. Mesmo com pequenos conjuntos de detectores PET conseguimos produzir imagens e medir tanto a abundância dos isótopos como a sua evolução ao longo do tempo.”

<a data-fancybox data-src="https://physicsworld.com/wp-content/uploads/2024/01/detector-web.jpg" data-caption="Pequeno mas poderoso Os conjuntos de detectores utilizados no scanner PET são relativamente pequenos, mas a intensidade do feixe FLASH permite produzir imagens e medir a abundância dos isótopos. (Cortesia: Marek Proga, Universidade do Texas em Austin)” title=”Clique para abrir a imagem no pop-up” href=”https://physicsworld.com/wp-content/uploads/2024/01/detector-web.jpg” >

As medições registradas durante esses experimentos de prova de princípio sugerem que um scanner PET no feixe poderia fornecer imagens e dosimetria em tempo real para tratamentos de terapia de prótons. A equipe conseguiu até determinar a intensidade do feixe de prótons detectando gamas imediatas – assim chamadas porque são produzidas pelo decaimento dos núcleos em escalas de tempo muito curtas – produzidas durante a extração do feixe de prótons. Com apenas uma ligeira modificação no aparelho, Lang acredita que os gamas imediatos poderiam ser medidos para obter um instantâneo do feixe de prótons, com o PET então usado para acompanhar a evolução dos isótopos após o feixe ter sido entregue.

“Esses resultados mostram que seria apenas uma questão de melhorar o cenário experimental para que a técnica fornecesse medidas úteis em ambiente clínico”, afirma. “É claro que sabemos que ainda serão necessários muitos testes pré-clínicos, mas nesta fase está claro que não há obstáculos para a técnica.”

Lang e seus colegas descrevem sua abordagem e resultados em dois artigos publicados em Física em Medicina e Biologia (PMB), ambos com acesso gratuito. Os investigadores também beneficiaram de um modelo de publicação emergente, denominado acordo transformativo, que lhes permitiu publicar ambos os artigos em acesso aberto, sem necessidade de pagar as taxas habituais de publicação de artigos.

Ao abrigo destes chamados acordos transformativos, neste caso entre a IOP Publishing e o University of Texas System, os investigadores de qualquer instituição do grupo académico podem aceder ao conteúdo da investigação e publicar gratuitamente o seu próprio trabalho. Na verdade, a IOP Publishing – que publica o PMB em nome do Instituto de Física e Engenharia em Medicina – agora tem acordos transformadores em vigor com mais de 900 instituições em 33 países diferentes, proporcionando acesso gratuito e publicação na maioria, senão em todo o seu portfólio de revistas científicas.

O objetivo destes acordos de leitura e publicação é acelerar a transição para a publicação em acesso aberto, uma vez que evita a necessidade de os investigadores obterem o seu próprio financiamento para despesas de publicação. Para Lang, qualquer movimento que abra a ciência e permita a colaboração de diferentes comunidades ajudará a desencadear novas ideias de outras disciplinas que impulsionarão a inovação futura. “Se me deparo com um artigo interessante que não consigo acessar, principalmente se for de uma área diferente, sinto falta de algumas informações que podem me ajudar no meu trabalho”, diz ele. “Informação aberta e gratuita é essencial para progredirmos.”

A partir de suas próprias experiências em física de partículas, Lang viu os benefícios que podem surgir de uma cultura de pesquisa aberta e colaborativa. “Na física de partículas, todos partilham os seus melhores pensamentos e realizações, e as pessoas querem envolver-se na descoberta de diferentes formas de desenvolver e explorar novas ideias”, diz ele. “Sem essa mentalidade colaborativa, os avanços que vimos no CERN, no Fermilab e em outros lugares simplesmente não teriam acontecido.”

<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="Design personalizado Karol Lang (centro) com o engenheiro Marek Proga (à esquerda) e o pesquisador pós-doutorado John Cesar e o scanner PET desenvolvido pela equipe. A configuração do scanner fornece medições no feixe enquanto o paciente está sendo tratado. (Cortesia: Michael Gajda, Universidade do Texas em Austin)” title=”Clique para abrir a imagem no pop-up” href=”https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/01/particle-physics-offers- novas visualizações sobre flash-proton-therapy-physics-world-9.jpg”>

No entanto, é claro que Lang está frustrado com o facto de algumas pessoas na comunidade médica parecerem ter a mente menos aberta a novas ideias, especialmente de um físico que não tem experiência clínica anterior. “Sabemos que muitas das melhores tecnologias em física médica e imagens nucleares provêm de avanços na física de partículas e na física nuclear, mas é difícil trazer as mais recentes ideias para a medicina”, diz ele. “Agora entendo melhor por que isso acontece – mudar procedimentos médicos testados e confiáveis ​​e protocolos formais de tratamento é muito mais complicado do que apenas trocar por um detector melhor – mas ainda estou desapontado com o quão difícil é penetrar no setor e se envolver em pesquisa colaborativa.”

Embora Lang já tenha tentado construir detectores médicos antes, ele reconhece que ele e outros físicos de partículas podem ser culpados de ingenuidade ou mesmo de arrogância quando se trata de introduzir novas tecnologias no ambiente hospitalar rigidamente controlado. Para este novo trabalho, porém, um grupo de físicos médicos pediu-lhe que assumisse a liderança de um projeto de pesquisa que exigia sua experiência na construção de detectores de partículas. “Ainda continuo minha pesquisa em física de neutrinos, mas acredito que o que podemos oferecer é tão único e valioso que quis me envolver”, diz Lang. “À medida que aprendia mais, fiquei mais intrigado e realmente viciado na ideia dos tratamentos FLASH.”

Embora seja necessário mais trabalho para otimizar a técnica de imagem em feixe para uso clínico, Lang acredita que, no curto prazo, ela poderá oferecer uma ferramenta de pesquisa valiosa para ajudar a compreender o efeito FLASH. “Ninguém sabe realmente por que o FLASH funciona ou exatamente quais parâmetros de feixe devem ser usados ​​para obter os melhores resultados”, diz ele. “Isso sugere-me profundamente que não entendemos completamente como a radiação interage com tecidos saudáveis ​​ou cancerosos.”

Com este novo instrumento, argumenta Lang, seria possível explorar os mecanismos físicos em jogo durante um tratamento FLASH. “Essa técnica pode nos ajudar a entender como o corpo humano reage após ser irradiado com explosões de energia tão intensas”, diz ele. “Isso oferece uma maneira de explorar os efeitos da irradiação dependentes do tempo, o que me parece não ter sido feito sistematicamente antes.”

No longo prazo, entretanto, o objetivo é criar uma modalidade de tratamento guiada por imagem que meça os efeitos de cada irradiação para informar e atualizar os tratamentos subsequentes. Tais abordagens adaptativas são impraticáveis ​​com protocolos de tratamento convencionais, nos quais doses mais pequenas são administradas em cerca de 30 sessões diárias, mas poderiam ser mais viáveis ​​com tratamentos FLASH que podem exigir apenas algumas doses para fornecer energia suficiente para erradicar o cancro.

“Verificar os efeitos de cada irradiação transformaria completamente a dinâmica, a logística e os resultados do tratamento”, afirma Lang. “Combinados com uma melhor compreensão das interações entre os prótons energéticos e o corpo humano, esses protocolos FLASH adaptativos poderiam ter um impacto revolucionário nos resultados dos pacientes.”

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• Fonte: https://physicsworld.com/a/particle-physics-offers-new-views-on-flash-proton-therapy/