تابش سریع پروتون یک درمان سرطان موثرتر و کم تهاجمی تر از اشعه ایکس است. با این حال، پروتون درمانی مدرن به پدال های گاز ذرات بزرگ نیاز دارد، که کارشناسان را به بررسی مفاهیم پدال گاز جایگزین، مانند سیستم های لیزری برای شتاب دادن پروتون ها سوق داده است. چنین سیستم هایی در مطالعات پیش بالینی به کار می روند تا راه را برای پرتودرمانی بهینه هموار کنند. یک گروه تحقیقاتی به رهبری Helmholtz-Zentrum dresden - rosssendorf (HZDR) اکنون تابش پروتون لیزری را برای اولین بار با موفقیت آزمایش کرده است که گزارش این گروه در مجله Nature Physics منتشر شده است.
پرتودرمانی یکی از درمان های اصلی سرطان است. معمولاً از اشعه ایکس متمرکز و شدید استفاده می کند. پروتونها - هستههای اتمهای هیدروژن - که به انرژیهای بالا شتاب میگیرند و در پرتوهای کوچک و دقیقاً هدفگیری شده قرار میگیرند، گزینه دیگری است. آنها می توانند به عمق بافت تومور نفوذ کنند، جایی که بیشتر انرژی خود را ذخیره می کنند و سرطان را از بین می برند در حالی که بافت اطراف را تا حد زیادی دست نخورده باقی می گذارند. دکتر Elke Beyreuther، محقق HZDR توضیح می دهد که این روش را موثرتر و کمتر تهاجمی تر از درمان با اشعه ایکس می کند: "این روش به ویژه برای تابش تومورها در پایه جمجمه، در مغز و در اعصاب مرکزی مناسب است. همچنین در بیماران مبتلا به سرطان کودکان برای به حداقل رساندن اثرات طولانی مدت احتمالی استفاده می شود.
با این حال، این روش بسیار پیچیده تر از درمان با اشعه ایکس است، زیرا به تجهیزات پدال گاز پیچیده ای برای تولید پروتون های سریع و انتقال آنها به بیمار نیاز دارد. به همین دلیل است که تنها چند مرکز پروتون درمانی در آلمان وجود دارد. کارشناسان اکنون به طور پیوسته در حال بهبود این روش هستند تا آن را برای بیماران مناسب کنند. پدال های گاز پروتون مبتنی بر لیزر می توانند سهم تعیین کننده ای در این زمینه داشته باشند.
سوسوزن لیزری سفارشی
دکتر فلوریان کرول، فیزیکدان در HZDR، توضیح میدهد: «این روش مبتنی بر تولید پالسهای نور قوی و بسیار کوتاه توسط لیزر پرقدرت است که روی لایه نازکی از فویل پلاستیکی یا فلزی شلیک میشود.» شدت این فلاش ها الکترون ها را از فویل خارج می کند و میدان الکتریکی قدرتمندی ایجاد می کند که می تواند پروتون ها را به پالس ها بتاباند و آنها را به انرژی های بالا شتاب دهد. نکته جالب این است که مقیاس این فرآیند بسیار کوچک است: مسیر شتاب تنها چند میکرومتر طول دارد.
ما 15 سال است که روی این پروژه کار میکنیم، اما تاکنون پروتونها انرژی کافی برای تابش را دریافت نکردهاند. بیروتر میگوید: «علاوه بر این، شدت نبض بسیار متفاوت است، بنابراین نمیتوانیم مطمئن باشیم که دوز مناسب را ارائه میدهیم». در چند سال گذشته، سرانجام دانشمندان به پیشرفتهای کلیدی دست یافتهاند، به ویژه به دلیل درک بهتر تعامل بین فلاش لیزر و فویل. مهمتر از همه، شکل دقیق فلاشهای لیزری اهمیت ویژهای دارد و اکنون میتوانیم آنها را برای تولید پالسهای پروتون با انرژی کافی و پایداری کافی تنظیم کنیم. محققان توضیح دادند.
آمادگی پدال گاز و پایداری تحویل پرتو.
نیازهای تحقیقاتی جدید
پارامترها بهینهسازی شدند و به تیم HZDR اجازه دادند یک سری آزمایشهای کلیدی را آغاز کنند: اولین تابش کنترلشده تومورهای موش با استفاده از پروتونهای شتابدهنده لیزر. این آزمایشها با همکاری کارشناسان بیمارستان دانشگاه درسدن در oncoray - مرکز ملی تحقیقات پرتودرمانی در انکولوژی - انجام شد و در مقایسه با آزمایشهای مقایسهای در مراکز پروتوندرمانی مرسوم معیار قرار گرفت. ما متوجه شدیم که منبع پروتون لیزری می تواند داده های بیولوژیکی ارزشمندی تولید کند، که زمینه را برای تحقیقات بیشتر فراهم کرد و به ما اجازه داد تا رویکرد خود را آزمایش و بهینه کنیم.
یکی دیگر از ویژگی های پالس های پروتون با شتاب لیزری، شدت بسیار زیاد آنهاست. در حالی که در پروتون درمانی مرسوم، دوز پرتو در عرض چند دقیقه تحویل داده می شود، فرآیند مبتنی بر لیزر را می توان در یک میلیونیم ثانیه تکمیل کرد، الکه بیروتر توضیح می دهد: «نشانه هایی وجود دارد که تجویز چنین دوز سریع به محافظت از بدن کمک می کند. اطراف بافت سالم حتی بهتر از قبل. ما میخواهیم این نشانهها را با دستگاه تجربی خود دنبال کنیم و مطالعات پیش بالینی را برای بررسی زمان و چگونگی استفاده از این روش پرتودهی سریع برای به دست آوردن مزایایی در درمان سرطان انجام دهیم."
