Брзо протонско зрачење је ефикаснији и мање инвазивни третман рака од рендгенских зрака. Међутим, модерна протонска терапија захтева педале гаса са великим честицама, што је навело стручњаке да истраже алтернативне концепте педала за гас, као што су ласерски системи за убрзање протона. Такви системи се користе у претклиничким студијама како би се отворио пут за оптималну терапију зрачењем. Истраживачка група коју предводи Хелмхолтз-Зентрум дресден - Росссендорф (ХЗДР) је сада по први пут успешно тестирала ласерско протонско зрачење код животиња, а извештај групе објављен је у часопису Натуре Пхисицс.
Радиотерапија је један од главних третмана рака. Обично користи интензивне, фокусиране рендгенске зраке. Протони - језгра атома водоника - убрзани до високих енергија и спојени у мале, прецизно циљане зраке су још једна опција. Они могу продрети дубоко у туморско ткиво, где чувају већину своје енергије, уништавајући канцер док околно ткиво остављају углавном нетакнутим. Ово чини методу ефикаснијом и мање инвазивном од терапије рендгенским зрацима, објашњава др Елке Беиреутхер, истраживач у ХЗДР-у: „Ова метода је посебно погодна за озрачивање тумора у бази лобање, у мозгу и у централном нервном систему. Такође се користи код педијатријских пацијената са раком како би се минимизирали могући дугорочни ефекти."
Међутим, ова метода је много сложенија од рендгенске терапије јер захтева софистицирану опрему за педалу гаса да генерише брзе протоне и пренесе их пацијенту. Због тога у Немачкој постоји само неколико центара за протонску терапију. Стручњаци сада стално побољшавају ову методу како би је учинили погодном за пацијенте. Протонске педале за гас на бази ласера могу дати одлучујући допринос у овом погледу.
Прилагођена ласерска сцинтилација
Др Флоријан Крол, физичар у ХЗДР-у, објашњава: „Овај метод се заснива на генерисању јаких и веома кратких светлосних импулса ласером велике снаге, који се испаљује на танак слој пластичне или металне фолије.“ Интензитет ових бљескова избацује електроне из фолије, стварајући снажно електрично поље које може пренети протоне у импулсе и убрзати их до високих енергија. Занимљиво је да је обим процеса веома мали: путања убрзања је дуга само неколико микрометара.
„Радили смо на овом пројекту 15 година, али до сада протони нису добили довољно енергије за зрачење. Беиреутхер каже: „Поред тога, интензитет пулса превише варира, тако да не можемо бити сигурни да испоручујемо праву дозу.“ У протеклих неколико година, научници су коначно направили кључне помаке, посебно због бољег разумевања интеракције између ласерског блица и фолије. „Оно што је најважније, прецизан облик ласерских бљескова је посебно важан, и сада их можемо подесити да производе протонске импулсе са довољном енергијом и довољном стабилношћу. Истраживачи су објаснили.
Спремност педале за гас и стабилност испоруке зрака.
Нове потребе истраживања
Параметри су оптимизовани омогућавајући тиму ХЗДР-а да започне серију кључних експеримената: прво контролисано зрачење тумора миша коришћењем ласерски убрзаних протона. Ови експерименти су спроведени у сарадњи са стручњацима из Универзитетске болнице у Дрездену у Онцораиу - Националног центра за истраживање радијације у онкологији - и били су упоредни са упоредним експериментима у конвенционалним установама за протонску терапију. „Открили смо да извор протона на ласерски погон може произвести биолошки вредне податке, што је поставило основу за даља истраживања и омогућило нам да тестирамо и оптимизујемо наш приступ.
Још једна карактеристика ласерски убрзаних протонских импулса је њихов огроман интензитет. Док се у конвенционалној протонској терапији доза зрачења испоручује за неколико минута, процес заснован на ласеру може да се заврши за милионити део секунде“, објашњава Елке Беиреутхер: „Постоје индикације да тако брзо давање дозе помаже у заштити околно здраво ткиво још боље него раније. Желимо да пратимо ове индикације са нашим експерименталним уређајем и спроведемо претклиничке студије како бисмо истражили када и како се ова брза метода зрачења може користити за постизање предности у лечењу рака."
