使用高功率激光辐照的肿瘤细胞
与快质子辐照是一个更有效的癌症治疗和微创比x射线。然而,现代的质子治疗需要大的粒子加速器,有专家调查替代加速器的概念,如激光系统加速质子。这样的系统部署在临床前研究中为最佳放射治疗铺平了道路。领导的一个研究小组Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR)已经成功测试了与激光质子辐照动物第一次,作为集团在《华尔街日报》报道自然物理(DOI: 10.1038 / s41567 - 022 - 01520 - 3)。
放射治疗是癌症治疗的主要方法之一。它通常利用强,聚焦x射线。质子-氢原子的原子核加速高能量和捆绑成小,精确通道串是一个选择。他们可以深入渗透到组织的存款大部分能量在肿瘤,摧毁癌症而使周围组织基本上完好无损。这使得该方法更有效,比x射线微创治疗。“方法特别适合辐射肿瘤底部的头骨,在大脑中,在中枢神经系统,”解释HZDR Elke博士研究员Beyreuther。也用于儿科癌症患者减少可能的长期影响。”
然而,该方法明显比x射线治疗复杂得多,因为它需要精心设计的快速生成质子加速器设施和运输病人。这就是为什么只有少数质子治疗中心在德国,其中包括德累斯顿大学医院。目前,专家们正致力于不断改善方法和适应病人。激光质子加速器可以做出决定性的贡献。
定制的激光闪烁
”的方法是基于一个高功率激光产生强烈和极短光脉冲,发射的一层薄薄的塑料或金属箔,“HZDR物理学家Florian克罗尔博士解释说。这些闪光的强度敲门的电子箔,创建一个强大的电场,可以束质子脉冲高能量和加速。迷人地,这个过程是微乎其微的的规模:加速度只是几微米长的道路。“我们已经为这个项目工作了15年,但到目前为止,质子辐照没有了足够的能量,“Beyreuther报告。“同时,脉冲强度太变量,所以我们不能确保我们提供正确的剂量。“但在过去的几年中,科学家们终于取得了重要的改进,特别是由于更好的理解之间的交互激光闪光和箔。“最重要的是,激光闪光的精确形状尤其重要,”克罗尔说。“我们现在可以定制它们来创建质子脉冲有足够的能量,也足够稳定。”
新的研究需求
最后,参数已经优化,HZDR团队能够推出一个关键的一系列实验:第一,控制与laser-accelerated质子辐照小鼠的肿瘤。实验进行了合作与来自德累斯顿大学医院的专家OncoRay——国家辐射研究中心肿瘤学和基准测试和比较实验在传统的质子治疗设备。“我们发现laser-driven质子源可以产生生理上有价值的数据,”克罗尔报告。“这对进一步的研究奠定了基础,将使我们能够测试和优化我们的方法。”laser-accelerated质子脉冲的另一个特点是他们的巨大的强度。而在传统的质子治疗,辐射剂量管理跨度的几分钟,激光过程可以发生在1000000秒。“有迹象表明这样一个快速剂量政府帮助业余周围的健康组织比以前更好,”解释Elke Beyreuther。“我们想要跟进这些迹象与我们的实验装置,并进行临床前研究,以调查何时以及如何快速辐照方法应该被用来获得癌症治疗的优势。”
参考:Kroll F,分等FE, Bernert C, et al .小鼠肿瘤照射laser-accelerated质子束。Nat phy。2022;18 (3):316 - 322。doi:10.1038 / s41567 - 022 - 01520 - 3
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