Fizica particulelor oferă noi puncte de vedere asupra terapiei cu protoni FLASH – Physics World

<a href="https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/01/particle-physics-offers-new-views-on-flash-proton-therapy-physics-world-3.jpg" data-fancybox data-src="https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/01/particle-physics-offers-new-views-on-flash-proton-therapy-physics-world-3.jpg" data-caption="Spre FLASH ghidat de imagini Un scaner PET dezvoltat de Karol Lang și colegii săi poate vizualiza și măsura efectele terapiei cu protoni în timp ce fasciculul este livrat. (Cu amabilitatea: Marek Proga, Universitatea Texas din Austin)”>

Tehnologiile inovatoare create inițial pentru cele mai ambițioase experimente din fizica particulelor au declanșat adesea inovații în tratamentul și diagnosticul medical. Progresele în acceleratoare și ingineria liniei de lumină au ajutat la dezvoltarea unor strategii extrem de eficiente pentru tratarea cancerului, în timp ce detectoarele concepute pentru a capta cele mai evazive particule au oferit noi modalități de a vizualiza funcționarea interioară a corpului uman.

Într-o dezvoltare recentă, o echipă de cercetare din SUA condusă de Karol Lang, un fizician experimental al particulelor la Universitatea din Texas din Austin, a reușit pentru prima dată imagistica în timp real a efectelor terapiei cu protoni FLASH înainte, în timpul și după livrarea fasciculului. Aceste tratamente FLASH emergente administrează doze foarte mari pe perioade de timp extrem de scurte, ceea ce poate eradica eficient celulele canceroase, provocând în același timp mai puține daune țesutului sănătos. Tratamentele FLASH necesită mai puține iradieri pe cicluri de tratament mai scurte, ceea ce ar permite mai multor pacienți să beneficieze de terapia cu protoni și să reducă semnificativ riscul de efecte secundare legate de radiații.

Echipa de cercetare, care implică și fizicieni medicali de la Centrul de terapie cu protoni MD Anderson din Houston, a produs imaginile folosind un scaner special conceput pentru tomografia cu emisie de pozitroni (PET), o tehnică care a apărut în urma experimentelor de pionierat la CERN în anii 1970. . Folosind cinci fantome diferite care acționează ca surogate pentru un pacient uman, echipa a exploatat instrumentul PET personalizat pentru a vizualiza atât debutul rapid al fasciculului de protoni, cât și efectele acestuia până la 20 de minute după iradiere.

„Iradierea de către protoni produce izotopi de scurtă durată în organism, care în multe cazuri sunt emițători de pozitroni”, explică Lang. „Cu terapia cu protoni FLASH, fasciculul generează o intensitate mai mare a pozitronilor, ceea ce mărește puterea semnalului. Chiar și cu matrice mici de detectoare PET, am putut produce imagini și măsura atât abundența izotopilor, cât și evoluția lor în timp.”

<a data-fancybox data-src="https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/01/particle-physics-offers-new-views-on-flash-proton-therapy-physics-world-1.jpg" data-caption="Mic, dar puternic The detector arrays used in the PET scanner are relatively small, but the intensity of the FLASH beam makes it possible to produce images and measure the abundances of the isotopes. (Courtesy: Marek Proga, University of Texas at Austin)” title=”Click to open image in popup” href=”https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/01/particle-physics-offers-new-views-on-flash-proton-therapy-physics-world-1.jpg”>

Măsurătorile înregistrate în timpul acestor experimente de dovadă a principiului sugerează că un scaner PET în fascicul ar putea oferi imagini și dozimetrie în timp real pentru tratamentele de terapie cu protoni. Echipa a reușit chiar să determine intensitatea fasciculului de protoni detectând gama promptă – numite astfel deoarece sunt produse de dezintegrarea nucleelor ​​pe perioade de timp foarte scurte – produse în timpul extracției fasciculului de protoni. Cu doar o ușoară modificare a aparatului, Lang crede că gamma-urile prompte ar putea fi măsurate pentru a obține un instantaneu al fasciculului de protoni, cu PET apoi folosit pentru a urmări evoluția izotopilor după ce fasciculul a fost livrat.

„Aceste rezultate arată că ar fi doar o chestiune de îmbunătățire a configurației experimentale pentru tehnica pentru a oferi măsurători utile într-un cadru clinic”, spune el. „Bineînțeles că știm că ar mai trebui să existe o mulțime de teste preclinice, dar în această etapă este clar că nu există dovezi pentru tehnică.”

Lang și colegii săi își descriu abordarea și rezultatele în două lucrări publicate în Fizica în medicină și biologie (PMB), ambele fiind accesate gratuit. Cercetătorii au beneficiat, de asemenea, de un model de publicare în curs de dezvoltare, numit un acord transformator, care le-a permis să publice ambele articole cu acces deschis, fără a fi nevoie să plătească taxele obișnuite de publicare a articolelor.

În cadrul acestor așa-numite acorduri transformative, în acest caz între IOP Publishing și University of Texas System, cercetătorii din orice instituție din cadrul grupului academic pot atât accesa conținutul cercetării, cât și își pot publica propria lucrare gratuit. Într-adevăr, IOP Publishing – care publică PMB în numele Institutului de Fizică și Inginerie în Medicină – acum are acorduri transformatoare în vigoare cu peste 900 de instituții din 33 de țări diferite, oferind acces gratuit și publicarea în majoritatea, dacă nu în tot, portofoliul său de reviste științifice.

Scopul acestor acorduri de citire și publicare este de a accelera tranziția către publicarea cu acces deschis, deoarece evită nevoia cercetătorilor de a-și procura propriile fonduri pentru taxele de publicare. Pentru Lang, orice mișcare care deschide știința și permite diferitelor comunități să colaboreze va ajuta la declanșarea de noi idei din alte discipline care vor conduce inovațiile viitoare. „Dacă dau peste o lucrare interesantă pe care nu o pot accesa, mai ales dacă este într-un alt domeniu, îmi lipsesc câteva informații care m-ar putea ajuta în munca mea”, spune el. „Informația deschisă și gratuită este esențială pentru ca noi să progresăm.”

Din propriile sale experiențe în fizica particulelor, Lang a văzut beneficiile care pot apărea dintr-o cultură de cercetare deschisă și colaborativă. „În fizica particulelor, toată lumea își împărtășește cele mai bune gânduri și realizări, iar oamenii doresc să se implice în găsirea de moduri diferite de a dezvolta și exploata idei noi”, spune el. „Fără această mentalitate de colaborare, progresele pe care le-am văzut la CERN, Fermilab și în alte părți pur și simplu nu s-ar fi întâmplat.”

<a data-fancybox data-src="https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/01/particle-physics-offers-new-views-on-flash-proton-therapy-physics-world-2.jpg" data-caption="Design personalizat Karol Lang (centru) cu inginerul Marek Proga (stânga) și cercetătorul post-doctorant John Cesar și scanerul PET special creat de echipă. Configurația scanerului oferă măsurători în fascicul în timp ce pacientul este tratat. (Cu amabilitatea: Michael Gajda, Universitatea din Texas din Austin)” title=”Faceți clic pentru a deschide imaginea în pop-up” href="https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/01/particle-physics-offers- noi-viziuni-pe-flash-terapie-protoni-fizica-lumea-2.jpg”>

Cu toate acestea, este clar că Lang este frustrat de faptul că unii oameni din comunitatea medicală par a fi mai puțin deschiși la idei noi, în special de la un fizician care nu are experiență clinică anterioară. „Știm că multe dintre cele mai bune tehnologii din fizica medicală și imagistica nucleară provin din progresele în fizica particulelor și nucleară, dar este greu să aducem cele mai noi idei noi în medicină”, spune el. „Acum înțeleg mai bine de ce se întâmplă asta – schimbarea procedurilor medicale testate și de încredere și a protocoalelor formale de tratament este mult mai complicată decât schimbarea unui detector mai bun – dar sunt încă dezamăgit de cât de dificil este să pătrunești în sector și să te angajezi. în cercetarea colaborativă.”

Deși Lang a încercat să construiască detectoare medicale înainte, el recunoaște că el și alți fizicieni ai particulelor pot fi vinovați de naivitate sau chiar de aroganță atunci când vine vorba de introducerea de noi tehnologii în mediul spitalicesc strict controlat. Pentru această nouă lucrare, totuși, un grup de fizicieni medicali i-a cerut să preia conducerea unui proiect de cercetare care i-a necesitat expertiza în construirea de detectoare de particule. „Îmi continui cercetările în fizica neutrinilor, dar cred că ceea ce putem oferi este atât de unic și de meritat încât am vrut să mă implic”, spune Lang. „Pe măsură ce am aflat mai multe, am devenit mai intrigat și am devenit cu adevărat captivat de ideea tratamentelor FLASH.”

În timp ce va fi nevoie de mai multă muncă pentru a optimiza tehnica imagistică în fascicul pentru uz clinic, Lang consideră că, pe termen scurt, aceasta ar putea oferi un instrument valoros de cercetare pentru a ajuta la înțelegerea efectului FLASH. „Nimeni nu știe cu adevărat de ce funcționează FLASH sau exact ce parametri ai fasciculului ar trebui utilizați pentru a obține cele mai bune rezultate”, spune el. „Asta îmi sugerează destul de profund că nu înțelegem pe deplin cum interacționează radiațiile cu țesutul sănătos sau canceros.”

Cu acest nou instrument, susține Lang, ar fi posibil să se exploreze mecanismele fizice aflate în joc în timpul unui tratament FLASH. „Această tehnică ne-ar putea ajuta să înțelegem cum reacționează corpul uman după ce a fost iradiat cu explozii atât de intense de energie”, spune el. „Oferă o modalitate de a explora efectele dependente de timp ale iradierii, ceea ce mi se pare că nu a fost făcut sistematic înainte.”

Pe termen mai lung, însă, scopul este de a crea o modalitate de tratament ghidată de imagini care să măsoare efectele fiecărei iradieri pentru a informa și actualiza tratamentele ulterioare. Astfel de abordări adaptative sunt impracticabile cu protocoalele de tratament convenționale, în care doze mai mici sunt livrate în aproximativ 30 de sesiuni zilnice, dar ar putea fi mai viabile cu tratamente FLASH care pot necesita doar câteva doze pentru a furniza suficientă energie pentru a eradica cancerul.

„Verificarea efectelor fiecărei iradieri ar transforma complet dinamica, logistica și rezultatele tratamentului”, spune Lang. „Combinat cu o mai bună înțelegere a interacțiunilor dintre protonii energetici și corpul uman, astfel de protocoale FLASH adaptive ar putea avea un impact revoluționar asupra rezultatelor pacientului.”

• Distribuție de conținut bazat pe SEO și PR. Amplifică-te astăzi.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Împuterniciți-vă. Accesați Aici.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Cunoștințe amplificate. Accesați Aici.
• PlatoESG. carbon, CleanTech, Energie, Mediu inconjurator, Solar, Managementul deșeurilor. Accesați Aici.
• PlatoHealth. Biotehnologie și Inteligență pentru studii clinice. Accesați Aici.
• Sursa: https://physicsworld.com/a/particle-physics-offers-new-views-on-flash-proton-therapy/