Fizika delcev ponuja nove poglede na protonsko terapijo 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="K slikovno vodenemu FLASH-u Skener PET, ki so ga razvili Karol Lang in njegovi sodelavci, lahko vizualizira in meri učinke protonske terapije med dovajanjem žarka. (Z dovoljenjem: Marek Proga, Teksaška univerza v Austinu)”>

Prelomne tehnologije, prvotno ustvarjene za najambicioznejše eksperimente v fiziki delcev, so pogosto sprožile inovacije v zdravljenju in diagnostiki. Napredek pospeševalnikov in inženiringa žarkov je pripomogel k razvoju zelo učinkovitih strategij za zdravljenje raka, medtem ko so detektorji, zasnovani za zajemanje najbolj izmuzljivih delcev, ponudili nove načine za ogled notranjega delovanja človeškega telesa.

V enem od nedavnih dogodkov je ameriška raziskovalna skupina, ki jo vodi Karol Lang, eksperimentalni fizik delcev na teksaški univerzi v Austinu, prvič dosegla slikanje učinkov protonske terapije FLASH v realnem času pred, med in po dostavi žarka. Ta nastajajoča zdravljenja FLASH dajejo ultravisoke odmerke v izredno kratkih časovnih okvirih, ki lahko učinkovito izkoreninijo rakave celice in hkrati povzročijo manjšo škodo zdravemu tkivu. Zdravljenja FLASH zahtevajo manj obsevanj v krajših ciklih zdravljenja, kar bi omogočilo večjemu številu bolnikov, da bi imeli koristi od protonske terapije in bistveno zmanjšalo tveganje za stranske učinke, povezane z obsevanjem.

Raziskovalna skupina, ki vključuje tudi medicinske fizike iz Centra za protonsko terapijo MD Anderson v Houstonu, je izdelala slike z namensko zasnovanim skenerjem za pozitronsko emisijsko tomografijo (PET), tehniko, ki je sama nastala iz pionirskih poskusov v CERN-u v sedemdesetih letih prejšnjega stoletja. . Z uporabo petih različnih fantomov, ki delujejo kot nadomestki za človeškega pacienta, je ekipa izkoristila svoj prilagojeni instrument PET za slikanje tako hitrega začetka protonskega žarka kot njegovih učinkov do 1970 minut po obsevanju.

"Obsevanje s protoni proizvaja kratkožive izotope v telesu, ki so v mnogih primerih oddajniki pozitronov," pojasnjuje Lang. »Pri protonski terapiji FLASH žarek ustvari večjo intenzivnost pozitronov, kar poveča moč signala. Tudi z majhnimi nizi detektorjev PET smo lahko izdelali slike in izmerili tako številčnost izotopov kot njihov razvoj skozi čas."

<a data-fancybox data-src="https://physicsworld.com/wp-content/uploads/2024/01/detector-web.jpg" data-caption="Majhen, a močan Detektorski nizi, ki se uporabljajo v skenerju PET, so razmeroma majhni, vendar intenzivnost žarka FLASH omogoča izdelavo slik in merjenje številčnosti izotopov. (Z dovoljenjem: Marek Proga, Univerza v Teksasu v Austinu)” title=”Kliknite, da odprete sliko v pojavnem oknu” href=”https://physicsworld.com/wp-content/uploads/2024/01/detector-web.jpg” >

Meritve, zabeležene med temi poskusi dokazovanja načela, kažejo, da bi PET skener z žarkom lahko zagotovil slikanje in dozimetrijo v realnem času za zdravljenje s protonsko terapijo. Ekipa je lahko celo določila intenziteto protonskega žarka z zaznavanjem hitrih gama – tako imenovanih, ker nastanejo z razpadom jeder v zelo kratkih časovnih okvirih –, ki nastanejo med ekstrakcijo protonskega žarka. Z le rahlo modifikacijo aparata Lang verjame, da bi lahko izmerili takojšnje gama, da bi dobili posnetek protonskega žarka, s PET pa nato uporabili za sledenje evoluciji izotopov po tem, ko je bil žarek dostavljen.

"Ti rezultati kažejo, da bi šlo samo za izboljšanje eksperimentalne nastavitve za tehniko, da bi zagotovili uporabne meritve v kliničnem okolju," pravi. "Seveda vemo, da bo še vedno potrebno veliko predkliničnih testiranj, vendar je na tej stopnji jasno, da za tehniko ni nobenih dokazov."

Lang in njegovi kolegi opisujejo svoj pristop in rezultate v dveh člankih, objavljenih v Fizika v medicini in biologiji (PMB), ki sta dostopna brezplačno. Raziskovalci so imeli koristi tudi od nastajajočega založniškega modela, imenovanega transformativni sporazum, ki jim je omogočil objavo obeh člankov v odprtem dostopu, ne da bi morali plačati običajne stroške objave člankov.

V skladu s temi tako imenovanimi transformativnimi sporazumi, v tem primeru med IOP Publishing in University of Texas System, lahko raziskovalci na kateri koli instituciji znotraj akademske skupine dostopajo do raziskovalnih vsebin in brezplačno objavijo svoje delo. Dejansko založba IOP – ki izdaja PMB v imenu Inštituta za fiziko in tehniko v medicini – zdaj ima sklenjene transformativne pogodbe z več kot 900 institucijami v 33 različnih državah, ki zagotavljajo brezplačen dostop in objavljanje v večini, če ne v vseh svojih portfeljih znanstvenih revij.

Cilj teh sporazumov o branju in objavi je pospešiti prehod na objavljanje z odprtim dostopom, saj se s tem izognemo potrebi, da bi raziskovalci sami pridobili sredstva za stroške publikacij. Za Langa bo vsaka poteza, ki odpira znanost in omogoča sodelovanje različnih skupnosti, pomagala sprožiti nove ideje iz drugih disciplin, ki bodo spodbudile prihodnje inovacije. »Če naletim na zanimiv članek, do katerega nimam dostopa, zlasti če je z drugega področja, pogrešam nekaj informacij, ki bi mi lahko pomagale pri mojem delu,« pravi. "Odprte in brezplačne informacije so bistvenega pomena za napredek."

Iz lastnih izkušenj s fiziko delcev je Lang videl koristi, ki lahko izhajajo iz kulture odprtega in sodelovalnega raziskovanja. »V fiziki delcev vsi delijo svoje najboljše misli in dosežke in ljudje želijo sodelovati pri iskanju različnih načinov za razvoj in izkoriščanje novih idej,« pravi. "Brez te sodelovalne miselnosti se preboji, ki smo jih videli v CERN-u, Fermilabu in drugod, preprosto ne bi zgodili."

<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="Zasnova po meri Karol Lang (na sredini) z inženirjem Marekom Progo (levo) in podoktorskim raziskovalcem Johnom Cesarjem ter namensko izdelanim skenerjem PET, ki ga je razvila ekipa. Konfiguracija skenerja omogoča meritve v žarku med zdravljenjem bolnika. (Z dovoljenjem: Michael Gajda, Univerza v Teksasu v Austinu)” title=”Kliknite, da odprete sliko v pojavnem oknu” href=”https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/01/particle-physics-offers- new-views-on-flash-proton-therapy-physics-world-9.jpg”>

Vendar pa je jasno, da je Lang razočaran, ker se zdi, da so nekateri ljudje v medicinski skupnosti manj odprti za nove ideje, zlasti od fizika, ki nima predhodnih kliničnih izkušenj. »Vemo, da številne najboljše tehnologije v medicinski fiziki in jedrskem slikanju izvirajo iz napredka v fiziki delcev in jedrski fiziki, vendar je najnovejše nove ideje težko prenesti v medicino,« pravi. »Zdaj bolje razumem, zakaj je tako – spreminjanje preizkušenih in zaupanja vrednih medicinskih postopkov in uradnih protokolov zdravljenja je veliko bolj zapleteno kot le zamenjava z boljšim detektorjem – vendar sem še vedno razočaran nad tem, kako težko je prodreti v sektor in vključiti v skupnem raziskovanju."

Medtem ko je Lang že poskušal izdelati medicinske detektorje, priznava, da so on in drugi fiziki delcev lahko krivi za naivnost ali celo arogantnost, ko gre za uvajanje novih tehnologij v strogo nadzorovano bolnišnično okolje. Za to novo delo pa ga je skupina medicinskih fizikov prosila, naj prevzame vodstvo pri raziskovalnem projektu, ki je zahteval njegovo strokovno znanje pri izdelavi detektorjev delcev. »Še vedno nadaljujem svoje raziskave fizike nevtrinov, vendar verjamem, da je to, kar lahko ponudimo, tako edinstveno in vredno, da sem želel sodelovati,« pravi Lang. "Ko sem izvedel več, me je vse bolj zanimalo in zares sem postal zasvojen z idejo o zdravljenju FLASH."

Medtem ko bo potrebno več dela za optimizacijo tehnike slikanja v žarku za klinično uporabo, Lang meni, da bi kratkoročno lahko ponudila dragoceno raziskovalno orodje za pomoč pri razumevanju učinka FLASH. »Nihče zares ne ve, zakaj FLASH deluje ali točno katere parametre žarka je treba uporabiti za doseganje najboljših rezultatov,« pravi. "To mi precej globoko nakazuje, da ne razumemo popolnoma, kako sevanje vpliva na zdravo ali rakavo tkivo."

S tem novim instrumentom, trdi Lang, bi bilo mogoče raziskati fizične mehanizme, ki se igrajo med zdravljenjem FLASH. "Ta tehnika bi nam lahko pomagala razumeti, kako se človeško telo odzove, potem ko je bilo obsevano s tako intenzivnimi izbruhi energije," pravi. "Ponuja način za raziskovanje časovno odvisnih učinkov obsevanja, kar se mi zdi, da prej ni bilo sistematično."

Dolgoročno pa je cilj ustvariti slikovno voden način zdravljenja, ki bi meril učinke vsakega obsevanja za obveščanje in posodobitev naslednjih zdravljenj. Takšni prilagodljivi pristopi so nepraktični pri običajnih protokolih zdravljenja, pri katerih se manjši odmerki dajejo v približno 30 dnevnih sejah, vendar bi lahko bili bolj izvedljivi pri zdravljenju FLASH, ki morda zahteva le nekaj odmerkov, da zagotovi dovolj energije za izkoreninjenje raka.

"Preverjanje učinkov vsakega obsevanja bi popolnoma spremenilo dinamiko, logistiko in rezultate zdravljenja," pravi Lang. "V kombinaciji z boljšim razumevanjem interakcij med energijskimi protoni in človeškim telesom bi lahko imeli takšni prilagodljivi protokoli FLASH revolucionaren vpliv na rezultate bolnikov."

• Distribucija vsebine in PR s pomočjo SEO. Okrepite se še danes.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Opolnomočite se. Dostopite tukaj.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Razširjeno znanje. Dostopite tukaj.
• PlatoESG. Ogljik, CleanTech, Energija, Okolje, sončna energija, Ravnanje z odpadki. Dostopite tukaj.
• PlatoHealth. Obveščanje o biotehnologiji in kliničnih preskušanjih. Dostopite tukaj.
• vir: https://physicsworld.com/a/particle-physics-offers-new-views-on-flash-proton-therapy/