Yeni hızlandırıcı: Kanser radyoterapisinin süresinin bir saniyenin altına indirilmesi bekleniyor!
Kılavuz
Son zamanlarda, ABD Enerji Bakanlığı'nın SLAC Ulusal Hızlandırıcı Laboratuvarı ve Stanford Üniversitesi, kanser radyoterapisinin süresini birkaç dakikadan bir saniyenin altına düşürmeyi ve böylece radyoterapinin yan etkilerini azaltmayı amaçlayan yeni bir hızlandırıcı tabanlı teknoloji geliştirdiler. Gelecekte, bu teknoloji yalnızca kompakt tıbbi cihazlara yerleştirilmekle kalmayacak, aynı zamanda radyoterapinin dünya çapında daha popüler hale gelmesine yardımcı olacak.
arka fon
Kanser, modern toplumda insan yaşamı ve sağlığı için en büyük tehditlerden biri haline geldi. Çin'de kanser, hastalık ölümlerinin önde gelen nedeni haline geldi ve hastalık ve ölüm oranları hala artıyor. Kanser şu anda dünyadaki tedavisi en zor hastalıklardan biridir. Mevcut tedavi yöntemleri genellikle şunları içerir: cerrahi, radyoterapi (kısaca radyoterapi), kemoterapi (kısaca kemoterapi), bağışıklık ve biyolojik terapi, geleneksel Çin tıbbı tedavisi, kriyoterapi, Lazer tedavisi, ultrason tedavisi, elektrokimyasal tedavi vb.
Bugün odaklanacağımız şey radyoterapi. Radyoterapi, tümörleri tedavi etmek için radyasyon kullanan lokal bir tedavi yöntemidir. Radyasyon, radyoizotoplar tarafından üretilen alfa, beta ve gama ışınlarını ve X-ışınlarını, elektron ışınlarını, proton ışınlarını ve çeşitli X-ışını işleme makineleri veya hızlandırıcıları tarafından üretilen diğer parçacık ışınlarını içerir. Radyoterapinin tümör tedavisinde rolü ve durumu giderek öne çıkmış ve kötü huylu tümörlerin tedavisinde ana yöntemlerden biri haline gelmiştir.
Hassas radyoterapi için Varian TruBeam lineer hızlandırıcı (Resim kaynağı: Wikipedia)
Radyoterapi tümör hücrelerini öldürebilmesine rağmen, insan vücudundaki normal hücreleri de öldürebilir, bu da bir dizi yan etkiye yol açar, örneğin: azalmış bağışıklık, kemik iliği baskılama semptomları, iştahsızlık, deri ve ağız mukozası ve vücudun diğer kısımları. Yanıt vb. Günlük hayatta, film ve televizyon dizilerinde kanser hastalarının radyoterapi aldıktan sonra kusma, iştahsızlık, yorgunluk, çok fazla saç dökülmesi ve sıska yaşadığını sık sık görüyoruz.
Yenilikçilik
Bugün tanıtmak istediğim yeni teknoloji, radyoterapinin yan etkilerini azaltmaya yardımcı olacaktır. Son zamanlarda, ABD Enerji Bakanlığı'nın SLAC Ulusal Hızlandırıcı Laboratuvarı ve Stanford Üniversitesi, kanser radyoterapisinin süresini birkaç dakikadan bir saniyenin altına düşürmeyi ve böylece radyoterapinin yan etkilerini azaltmayı amaçlayan yeni bir hızlandırıcı tabanlı teknoloji geliştirdiler. Yüksek enerjili fizik için geliştirilen bu teknoloji, gelecekte kompakt tıbbi cihazlara yerleştirilebilir ve aynı zamanda radyoterapinin dünya çapında daha popüler hale gelmesine yardımcı olacaktır.
(Resim kaynağı: Greg Stewart / SLAC Ulusal Hızlandırıcı Laboratuvarı)
Son zamanlarda, SLAC ve Stanford Üniversitesi ekibi, tümörler için potansiyel tedaviler geliştirmek için iki proje için çok kritik bir fon aldı: biri X-ışınlarını, diğeri protonları kullanıyor.
Parçacık Fiziği ve Astrofizik Profesörü Sami Tantawi, SLAC Teknoloji İnovasyon Konseyi RF Hızlandırıcı Araştırma Departmanı Baş Bilimcisi, Stanford Üniversitesi Tıp Fakültesi'nde Ray Onkolojisi Doçenti Billy Loo ve SLAC Araştırmacısı Emilio Nanni bu iki projenin geliştirilmesine öncülük etti. Stanford Üniversitesi'nden Peter Maxim (şu anda Indiana Üniversitesi'nde Radyasyon Fiziği Bölümü başkanı) her iki projeye de katkıda bulundu. Proton ekibinin diğer üyeleri arasında Loma Linda Üniversitesi'nden Reinhard Schulte ve Varian Medical Systems'den Matthew Murphy yer alıyor.
teknoloji
Her iki yöntemin arkasındaki fikir, kanser hücrelerini hızlı bir şekilde yok etmektir, böylece organların ve diğer dokuların radyasyona maruz kalma sırasında hareket edecek zamanları kalmaz, bu da videodaki donma karesine çok benzer. Bu, radyasyonun tümörün etrafındaki sağlıklı dokuya çarpma ve zarar verme olasılığını azaltır ve radyoterapiyi daha hassas hale getirir.
Loo, "Tüm tedavi süreci için radyasyon dozunu bir saniyeden daha kısa süren bir flaşla vermek, organların ve dokuların sürekli hareketini yönetmenin nihai yolu olacaktır. Bugün kullandığımız yöntemlerle karşılaştırıldığında bu çok önemli. İlerleme."
Tantawi, "Yüksek yoğunluklu ışınları yeterince verimli bir şekilde iletmek için, ihtiyacımız olan hızlandırıcı yapısı mevcut teknolojiden yüzlerce kat daha güçlü. Alacağımız finansman bu yapıları inşa etmemize yardımcı olacak."
"PHASER" adlı bir proje, "X-ray anında uygulama sistemi" geliştirecek.
Günümüz tıbbi ekipmanında elektronlar yaklaşık bir metre uzunluğunda tüp benzeri bir hızlandırıcı yapıda uçmakta ve aynı zamanda tüpün içinden aynı yönde geçen radyo frekansı alanından enerji elde etmektedir. Daha sonra elektronlar tarafından kazanılan enerji X ışınlarına dönüştürülür. Geçtiğimiz birkaç yıl içinde PHASER ekibi, RF alanlarını tüplere göndermek için benzersiz şekiller ve yeni yöntemler içeren hızlandırıcı prototipleri geliştirdi ve test etti. Bu bileşenler simülasyonun öngördüğü gibi davranır ve küçük boyutta daha fazla enerjiyi destekleyen hızlandırıcıların tasarımının yolunu açar.
Tantawi şunları söyledi: "Bundan sonra, üç ila beş yıl içinde hızlandırıcı yapısını oluşturacağız ve teknik riskleri test edeceğiz. Bu, sonunda klinik uygulamada kullanılabilecek ilk gerçek ekipmanı getirecek."
Önümüzdeki yıl, Stanford Üniversitesi Radyasyon Onkolojisi Bölümü, bu çalışmaları finanse etmek ve daha fazla araştırma fonu oluşturmak için faaliyetler başlatmak için yaklaşık bir milyon ABD doları sağlayacak. Radyasyon Onkolojisi Anabilim Dalı ve Tıp Fakültesi, hassas radyoterapi konusunda uzmanlaşmış bir Radyolojik Bilim Merkezi kurdu. PHASER departmanı Loo ve Tantawi tarafından yönetilmektedir ve kendini PHASER'ı konseptten işlevsel ekipmana dönüştürmeye adamıştır.
Aşağıdaki şekil göstermektedir: PHASER projesinde kullanılan hızlandırıcı prototip bileşenleri Proje, mevcut X-ray tıbbi ekipmanında kullanılan hızlandırıcıdan yüzlerce kat daha güçlü olan yeni bir hızlandırıcı tasarımı kullanacaktır.
(Resim kaynağı: SLAC Ulusal Hızlandırıcı Laboratuvarı)
Temelde protonlar, vücutta daha dar bir yerde tümör öldürücü enerjiyi depoladıkları için sağlıklı dokulara X ışınlarına göre daha az zarar verir. Bununla birlikte, proton terapisi, protonları hızlandırmak ve enerjilerini ayarlamak için büyük cihazlar gerektirir.Ayrıca, ışını hedefe yönlendirmek için hastanın vücudunda yavaşça hareket etmesi için yüzlerce ton ağırlığındaki mıknatıslar gerektirir.
Emilio Nanni şunları söyledi: "Proton ışınını manipüle etmek için yenilikçi yollar önermek ve gelecekteki cihazları daha basit, daha küçük ve daha hızlı hale getirmek istiyoruz."
Yakın zamanda, ABD Enerji Bakanlığının Bilim Hızlandırıcı Yönetim Projesinden 1,7 milyon dolarlık bir hibe, önümüzdeki üç yıl içinde bu teknolojiyi geliştirmek için yakında kullanılacak. Bu finansman sayesinde, bu hedefe yakında ulaşılacaktır.
Nanni, "Artık PHASER projesine benzer bir hızlandırıcı yapısı tasarlayabiliyor, üretebiliyor ve test edebiliyoruz. Bu hızlandırıcı yapısı proton ışınını manipüle edebilecek, enerjisini ayarlayabilecek ve neredeyse anında yüksek radyasyon dozlarını serbest bırakabilecek."
değer
Anlık radyasyonun kanser tedavisini daha hassas hale getirmenin yanı sıra başka avantajları da vardır.
Loo, "Farelerde gördük ki, radyasyon dozlarını çok hızlı uyguladığımızda, sağlıklı hücreler daha az zarar görür ve tümörleri öldürmenin etkisinin geleneksel uzun vadeli ışınlamaya eşdeğer veya ondan biraz daha iyi olduğunu gördük. İnsanlar için uygun, o zaman radyoterapi alanında yeni bir paradigma olacak. "
Bu iki projenin bir diğer temel amacı, radyoterapiyi dünya çapındaki hastalar için daha erişilebilir hale getirmektir.
Loo, dünya çapında milyonlarca hastanın kanser tedavisi alamadıkları için yalnızca palyatif bakım aldığını söyledi. "Araştırmamızın daha fazla yerde hastalara en iyi tedaviyi almalarına yardımcı olacağını umuyoruz."
Bu nedenle ekip, klinik uygulamalar için küçük, enerji tasarrufu sağlayan, ekonomik ve verimli sistemler tasarlamaya odaklanıyor ve dünya çapında mevcut ekipmanlarla uyumlu. Tantawi şunları söyledi: "SLAC'ın kurulmasından birkaç yıl önce, Stanford Üniversitesi yaygın olarak kullanılan ilk tıbbi lineer hızlandırıcı tasarımını icat etti ve inşa etti. Yeni nesil hızlandırıcı tasarımları tıpta ve X-ışınları gibi diğer alanlarda gerçek kural değiştiriciler olacak. Ulusal güvenlik için lazerler, parçacık çarpıştırıcılar ve hızlandırıcılar. "
Aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi: Önerilen PHASER tasarımı, standart bir kargo konteynerine sığacak kadar küçüktür. Taşınabilirliği, kanser radyoterapisinin tüm dünyada daha popüler hale gelmesine yardımcı olur.
(Fotoğraf kredisi: Philipp Borchard / TibaRay)
Anahtar kelime
Röntgen, tıbbi, kanser
Referans
[1] https://www6.slac.stanford.edu/news/2018-11-28-future-fighting-cancer-zapping-tumors-less-second.aspx
