Σε μια σημαντική εξέλιξη για την ακτινοθεραπεία του καρκίνου, επιστήμονες από το Εθνικό Εργαστήριο Brookhaven του Υπουργείου Ενέργειας των ΗΠΑ (DOE) κατασκεύασαν και δοκίμασαν έναν καινοτόμο μαγνητικό μηχανισμό που μπορεί να μεταφέρει δέσμες πρωτονίων σε ευρύ φάσμα ενεργειών – από 50 έως 250 MeV – προσφέροντας ελπίδες για νέες, πιο αποτελεσματικές θεραπείες, σύμφωνα με τις πληροφορίες της Lisa Lock.
Επαναστατικό βήμα προς θεραπεία «FLASH»
Ο Σάμιουελ Ρου, πρόεδρος της Ακτινοθεραπείας στο Stony Brook Medicine, χαρακτήρισε τη δέσμη ως «σα λάμψη», δηλαδή μια υπερβολικά υψηλής δόσης δέσμη σε πολύ σύντομο χρόνο (FLASH). Μελέτες δείχνουν ότι η εξαιρετικά γρήγορη χορήγηση ακτινοβολίας μπορεί να καταστρέψει καρκινικά κύτταρα ενώ προκαλεί λιγότερες βλάβες στους υγιείς ιστούς.
Η προσέγγιση αυτή βασίζεται σε ένα νέο είδος επιταχυντή με μόνιμους μαγνήτες, το οποίο επιτρέπει την άμεση μεταβολή της ενέργειας της δέσμης, καθιστώντας εφικτή την ταχεία σάρωση διαφορετικών βάθων μέσα στον όγκο. Έτσι, ανοίγει ο δρόμος για πιο στοχευμένες και αποτελεσματικές θεραπείες, ιδίως για βαθιά εντοπισμένους όγκους στον προστάτη, το πάγκρεας, τα νεφρά και τον εγκέφαλο.
Το πλεονέκτημα των πρωτονίων
Σε αντίθεση με τις ακτίνες Χ, οι οποίες διαπερνούν το σώμα και εναποθέτουν ενέργεια σε όλη τη διαδρομή τους, τα πρωτόνια αποδίδουν σχεδόν όλη την ενέργεια σε συγκεκριμένο βάθος, το οποίο εξαρτάται από την ενέργειά τους. Αυτό σημαίνει ότι προκαλούν λιγότερες παράπλευρες βλάβες και μπορούν να στοχεύσουν τον όγκο με μεγαλύτερη ακρίβεια.
Ωστόσο, οι σημερινοί επιταχυντές πρωτονίων βασίζονται σε ηλεκτρομαγνήτες και δεν επιτρέπουν γρήγορες μεταβολές στην ενέργεια της δέσμης, καθιστώντας δύσκολη την εφαρμογή της τεχνικής FLASH.
Μόνιμοι μαγνήτες υψηλής απόδοσης
Οι φυσικοί του Brookhaven, Στίβεν Μπρουκς και Ντέγιαν Τρμπογιέβιτς, σχεδίασαν μια καμπύλη διάταξη από εννέα μόνιμους μαγνήτες, οι οποίοι δεν χρειάζονται ηλεκτρική ενέργεια για να λειτουργήσουν. Οι μαγνήτες αυτοί, με ακριβώς ρυθμισμένες γωνίες και εντάσεις μαγνητικού πεδίου, επιτρέπουν τη σταθερή διέλευση δεσμών πρωτονίων σε διαφορετικά επίπεδα ενέργειας μέσω μιας κοινής οπής.
Ο Μπρουκς εξηγεί:
«Όλες οι ενέργειες είναι διαθέσιμες ταυτόχρονα. Γι’ αυτό μπορούμε να παρέχουμε υψηλές δόσεις και ταυτόχρονα να αλλάζουμε ενέργειες γρήγορα». Το σύστημα αυτό αναμένεται να καλύψει έως και 6.000 περιστροφές των πρωτονίων μέσα σε έναν κυκλικό επιταχυντή με μορφή ιπποδρόμου, διαστάσεων μόλις 9×3 μέτρων – αρκετά μικρό για να χωρέσει σε πτέρυγα νοσοκομείου.
Συνεργασίες και βιομηχανική υποστήριξη
Η ομάδα συνεργάστηκε με την SABR Enterprises, μια εταιρεία με ειδίκευση στα μαγνητικά συστήματα, για την κατασκευή των σύνθετων μαγνητικών μονάδων. Η συναρμολόγηση και η ευθυγράμμιση πραγματοποιήθηκαν με ακρίβεια από μηχανικούς του Brookhaven, ενώ οι αρχικές δοκιμές έγιναν στο Εργαστήριο Ακτινοβολίας της NASA.
Η δέσμη πρωτονίων διήλθε με επιτυχία μέσα από τους μαγνήτες σε όλα τα ενεργειακά επίπεδα, από 50 έως 250 MeV. Οι επόμενες δοκιμές θα γίνουν με ενέργειες 10–50 MeV στο εργαστήριο Tandem Van de Graaff.
Επόμενα βήματα: Από το εργαστήριο στον ασθενή
Ο Ρου δηλώνει πως στόχος είναι η άμεση διεξαγωγή πειραμάτων σε καλλιέργειες κυττάρων για να επιβεβαιωθεί η ασφάλεια και αποτελεσματικότητα της τεχνικής FLASH με πρωτόνια.
«Ως γιατρός και ερευνητής, θέλω να μεταφέρω αυτήν την τεχνολογία στην κλινική πράξη, όσο είμαι ακόμα στην ενεργό δράση».
Η εξέλιξη αυτή αποτελεί ένα εντυπωσιακό παράδειγμα του πώς η βασική έρευνα στην επιταχυντική φυσική μπορεί να έχει άμεσες εφαρμογές στην κοινωνία – και ίσως να φέρει επανάσταση στην αντικαρκινική θεραπεία.
Παρέχεται από το Εθνικό Εργαστήριο Brookhaven
