Platforma de raze X cu doze ultra-înalte se aliniază pentru cercetarea radiobiologică FLASH - Physics World

<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="Primele experimente pe linia fasciculului Primul autor Nolan Esplen la Stația de Cercetare a Iradierii FLASH de la TRIUMF. (Cu amabilitatea: Luca Egoriti)” title=”Clic pentru a deschide imaginea în pop-up” href="https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/02/ultrahigh-dose-rate-x-ray-platform- line-up-for-flash-radiobiological-research-physics-world.jpg”>

Cercetătorii din Canada au caracterizat o platformă de iradiere cu raze X pentru studiile radiobiologice ale radioterapiei FLASH - o tehnică emergentă de tratament a cancerului care utilizează iradierea cu doze ultraînalte (UHDR). Platforma, numită FLASH Iradiation Research Station de la TRIUMF, sau „FIRST”, poate furniza 10 fascicule de raze X MV la rate de doză care depășesc 100 Gy/s.

Situat la linia de lumină ARIEL la TRIUMF, centrul de accelerare a particulelor din Canada, FIRST este în prezent singura platformă de iradiere de acest fel din America de Nord. La nivel global, există două linii de raze X cu megavoltaj UHDR experimentale: cea de la TRIUMF din Vancouver și alta din Chengdu, la Academia Chinei de Inginerie Fizică, laser cu electroni liberi teraherți.

Razele X cu megavoltaj necesită specificații modeste ale acceleratorului în comparație cu alte modalități utilizate pentru tratarea tumorilor adânci, spun cercetătorii, iar FIRST poate oferi atât UHDR, cât și iradieri convenționale de megavoltaj pe o linie de fascicul comună.

„Există un decalaj în disponibilitatea surselor de raze X cu doze ultra-înalte; este un fel de nevoie nesatisfăcută în domeniu și nu există nicio platformă comercială disponibilă pentru a furniza acest tip de radiații în mod obișnuit”, explică Nolan Esplen, cercetător postdoctoral la MD Anderson Cancer Center. „Acest proiect de colaborare pe mai mulți ani [cu TRIUMF] … a fost o oportunitate de a folosi acest laborator unic cu acces la un linac de electroni supraconductor de înaltă energie pentru a produce tipul de radiație pe care vrem să ne uităm pentru cercetarea radiobiologică FLASH.”

Esplen a efectuat PRIMELE experimente de caracterizare în timp ce era student absolvent la Universitatea din Victoria care lucrează în Laboratorul XCITE. Cel mai recent studiu al echipei de cercetare, publicat în Natura Rapoarte științifice, prezintă o caracterizare cuprinzătoare a FIRST și a experimentelor preclinice inițiale. Lucrarea de simulare a fost publicată în 2022 în Fizica în medicină și biologie.

„Suntem implicați în iradieri cu doze ultra-înalte de ceva timp”, spune directorul XCITE Lab. Magdalena Bazalova-Carter. „Am început să vorbim cu oamenii de la TRIUMF despre linia de lumină ARIEL și cum, dacă am construi o țintă pentru această linie de lumină, ce fel de rate de doză de raze X am primi. Așa a început totul.”

Primele lui FIRST

Cercetătorii au explorat un subset de parametrii fasciculului disponibili și relevanți clinic pentru a caracteriza FIRST sub UHDR și funcționarea convențională a ratei dozei. Ei au fixat energia fasciculului de electroni la 10 MeV pentru a maximiza ratele de doză și a viza longevitatea și au stabilit curentul fasciculului (curent de vârf) între 95 și 105 µA. Ratele de dozare au fost calculate utilizând dozimetria filmului.

Dozele de peste 40 Gy/s au fost atinse la o adâncime de până la 4.1 cm pentru o dimensiune a câmpului de 1 cm. Comparativ cu un fascicul clinic de 10 MV, FIRST a oferit o acumulare superficială redusă de doză. În comparație cu sursele de electroni cu energie scăzută, FIRST a oferit o scădere mai graduală a dozei dincolo de d_max (adâncimea dozei maxime). Echipa observă că prezența gradienților superficiali abrupt de adâncime-doză a condus la probleme de eterogenitate a dozei care limitează în prezent aplicațiile la lucrările preclinice. Limitările stabilității sursei au dus la variații ale curentului și dozei.

Informați de studiile de caracterizare, cercetătorii au folosit apoi FIRST pentru a furniza UHDR (peste 80 Gy/s) și iradiere convențională cu raze X la doze mici în plămânii șoarecilor sănătoși. Au livrat cu succes doze de 15 și 30 Gy la 10% din prescripție, la 1 cm adâncime. Efectele neomogenităților țesutului pulmonar nu au fost corectate (studiul de proiectare al grupului a indicat perturbări neglijabile la energiile fasciculului de megavoltaj). Ieșirea sursei de electroni și varianța dozimetriei filmului au dominat incertitudinile în măsurarea dozei de pretratare.

Lecții învățate

Spațiul fizic în care se află FIRST a fost inițial destinat – și încă servește ca – o groapă de fascicule (unde un fascicul de particule încărcate poate fi absorbit în siguranță). Asta a dus la unele provocări unice de design pentru FIRST.

„Nu exista nicio bază pentru a face ceea ce făceam noi și a fost, de asemenea, o oportunitate de dezvoltare pentru TRIUMF. Mulți oameni au învățat despre sistem, precum și despre nuanțele acestui tip de livrare și despre lucruri pe care le-am făcut bine și despre ce am putea face mai bine în viitor”, spune Esplen. „Prin faptul că aceasta este o instalație care este în curs de dezvoltare, am fost o primă oportunitate științifică – este un mediu foarte dinamic. Avem niște colaboratori extrem de talentați și fizicieni fasciculului care au lucrat pentru a seta toți parametrii optici ai liniilor de fascicul, astfel încât să putem livra un fascicul minim dispersiv de dimensiunea corectă la țintă.”

La momentul experimentelor cercetătorilor, doar o pereche fantomă sau un singur mouse putea fi iradiat la fiecare 45 de minute după ce se ține cont de configurarea, livrarea și oprirea platformei. Și după fiecare ajustare efectuată asupra liniei de lumină și a fasciculului în sine, cercetătorii au trebuit să reajusteze fasciculul pentru a-și confirma puterea și dozimetria.

Pot tuburile cu raze X convenționale să ofere rate de doză FLASH?

„Este o poveste diferită de fizica medicală clinică. Când desfășurați experimente pe un linac într-un spital, o persoană se poate ocupa de întregul experiment... Aceasta este o situație foarte diferită”, spune Bazalova-Carter. „Cinci oameni au trebuit să ruleze linia de lumină [pentru aceste experimente] pentru a monitoriza toate ecranele – și deși nu toate au fost folosite pentru experimentele noastre, cred că am numărat 113 ecrane în camera de control... A fost destul de interesant că am ar putea obține un acord de doză foarte decent între simulările și experimentele Monte Carlo, având în vedere cât de dificile sunt aceste experimente.”

În ciuda acestor obstacole, avantajele platformei FIRST includ controlul asupra parametrilor cheie ale sursei, inclusiv frecvența de repetare a impulsurilor, curentul de vârf, energia fasciculului și puterea medie.

„Am fost primul utilizator al liniei de lumină ARIEL”, reflectă Bazalova-Carter. „A fost extrem de satisfăcător, după mulți ani de lucru la acest proiect, să fiu capabil să desfășoare experimente de iradiere la șoarece.”

Urmează un studiu radiobiologic de urmărire.

• 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/ultrahigh-dose-rate-x-ray-platform-lines-up-for-flash-radiobiological-research/