Wykorzystanie laserów może zrewolucjonizować dostępność terapii protonowej

26.06.2023

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 kilka 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 i koordynator projektu LPT.

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 systemów leczenia”, dodaje Cohen-Erner. „Nasze rozwiązanie usuwa główne bariery stojące na przeszkodzie powszechnemu wykorzystywaniu terapii protonowej. 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.

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.