Zwalczanie nowotworów dzięki mocy wysokoenergetycznych laserów
Jak donosi organizacja Cancer Research UK(odnośnik otworzy się w nowym oknie), w 2020 roku na całym świecie zdiagnozowano aż 18 milionów nowych przypadków nowotworów złośliwych. Według szacunków ekspertów, do 2040 roku roczne wskaźniki zachorowalności mają wzrosnąć o około 55 %. Radioterapia protonowa to metoda leczenia wykorzystująca wysokoenergetyczne protony do niszczenia komórek nowotworowych. Badania wykazały, że jest to obiecująca i skuteczna metoda leczenia wielu rodzajów nowotworów, w szczególności zmian występujących w mózgu, głowie i szyi, a także w ośrodkowym układzie nerwowym, płucach, układzie pokarmowym i prostacie, zwłaszcza w przypadku, gdy są to zmiany nieoperacyjne. Urządzenia wykorzystywane obecnie w radioterapii protonowej są jednak olbrzymie, a ich ceny są zaporowe. W praktyce oznacza to, że ośrodki pozwalające na przeprowadzanie takich zabiegów mogą rozciągać się na powierzchni porównywalnej z boiskiem piłkarskim, a budowa obiektu mieszczącego urządzenia zajmujące kilka sal i kosztujące nawet 120 milionów euro może trwać wiele lat. W ramach finansowanego ze środków Unii Europejskiej projektu LPT naukowcy opracowali niezwykle kompaktowe urządzenie do radioterapii protonowej o wyjątkowych osiągach, oparte na nowatorskiej konstrukcji, która pozwoli na obniżenie kosztów w takim stopniu, by metoda ta trafiła do ścisłej czołówki opcji leczenia nowotworów. „Konstrukcja naszego urządzenia wykorzystuje światło lasera o wysokiej intensywności, które wchodzi w interakcję z plazmą wzbogaconą w protony, pochodzącą z celu polimerowego w nanoskali”, wyjaśnia Moshe Cohen-Erner, wiceprezes do spraw badań i rozwoju spółki HIL Medical(odnośnik otworzy się w nowym oknie) i koordynator projektu LPT.
Przechwytywanie laserów o dużej intensywności wiązki
Nowy, innowacyjny system radioterapii protonowej opracowany w ramach projektu LPT wykorzystuje laser pulsacyjny o wysokiej intensywności wiązki, który napromieniowuje bogaty w protony nanoskalowy cel. Protony są rozpędzane do dużej prędkości w celu osiągnięcia poziomów energetycznych pozwalających na ich zastosowanie w leczeniu, a następnie ich strumień jest ograniczany i skupiany przy pomocy pola magnetycznego na guzie nowotworowym. „Nowa koncepcja zwiększy dostępność radioterapii protonowej dzięki możliwości zaoferowania skutecznych i przystępnych cenowo zróżnicowanych systemów leczenia”, dodaje Cohen-Erner. „Nasze rozwiązanie usuwa główne bariery stojące na przeszkodzie powszechnemu wykorzystywaniu tej metody leczenia”. Innowacyjne rozwiązania opracowane w ramach projektu LPT obejmują wykorzystanie laserowego akceleratora protonów do produkcji silniejszych wiązek protonów; specjalistycznej konstrukcji bramy i wiązki w celu ich ekstrakcji, a także wyjątkowych magnesów i elementów magnetycznych wykorzystywanych do manipulowania wiązką przyspieszonych protonów. Połączenie tych innowacji pozwoliło na otrzymanie urządzenia do radioterapii protonowej o powierzchni mniejszej o połowę od tradycyjnych rozwiązań, objętości zredukowanej o 3/4, a także masie mniejszej o 99 % przy jednoczesnej redukcji kosztów rozwiązania o 50-75 %. „Zastosowanie laserowego akceleratora protonów ze stałą bramą eliminuje wymóg stosowania długiej drogi dla naładowanych cząstek, potrzebę wykorzystania dużej liczby magnesów, a także ogromnej i ciężkiej obrotowej bramy. Wszystko to pozwala na zmniejszenie rozmiaru urządzenia, które może osiągnąć masę przeszło 500 ton”, wyjaśnia Cohen-Erner.
Zwiększenie mocy wyjściowej lasera
W ramach projektu LPT przeprowadzono pierwsze doświadczenia dotyczące laserowego przyspieszania protonów za pomocą nanocelów, które doprowadziły do przyspieszenia protonów do stosunkowo niskich energii. „Uzyskane wyniki stanowiły dowody, których potrzebowaliśmy do opublikowania pierwszego(odnośnik otworzy się w nowym oknie) recenzowanego(odnośnik otworzy się w nowym oknie) artykułu(odnośnik otworzy się w nowym oknie) na temat naszego rozwiązania”, mówi Cohen-Erner. Po publikacji zespół kontynuował rozwój akceleratora protonów i zwiększył moc wyjściową, ulepszając nanocele i wykorzystując laser o większej intensywności wiązki. Doświadczenia zostały przeprowadzone w niemieckim Instytucie im. Maxa Borna(odnośnik otworzy się w nowym oknie) (MBI) przez międzynarodowy zespół naukowców z HIL, MBI, Naval Research Laboratory(odnośnik otworzy się w nowym oknie) w Waszyngtonie i Uniwersytetu Strathclyde(odnośnik otworzy się w nowym oknie) w Glasgow. Wyniki udanych doświadczeń zostały opublikowane w recenzowanych czasopismach naukowych(odnośnik otworzy się w nowym oknie).
Wprowadzanie nowego systemu laserowego do szpitali
„Jesteśmy dumni z naszego innowacyjnego pomysłu, który zbiera pozytywne recenzje kluczowych liderów opinii, lekarzy i potencjalnych klientów – stale dochodzą do nas słuchy o potrzebie wprowadzenia na rynek przystępnego cenowo systemu do radioterapii protonowej”, zauważa Cohen-Erner. „Dzięki temu czujemy wiatr w żaglach i mamy wsparcie, by przyspieszyć prace nad wprowadzeniem nowego systemu do klinik i szpitali”. Zespół przechodzi teraz do kolejnej fazy projektu, polegającej na montażu lasera o mocy 200 TW w celu uzyskania klinicznie istotnych wiązek protonów. Testy beta tego systemu umożliwią zespołowi wykorzystanie nowej metody do leczenia nowotworów w środowiskach klinicznych w najbliższej przyszłości.
