來(lái)自德國(guó)研究中心Helmholtz協(xié)會(huì)的研究。

與x射線相比，快速質(zhì)子照射是一種更有效、侵入性更小的癌癥治療方法。然而，現(xiàn)代質(zhì)子治療需要大型粒子加速器，這使得專家們正在研究替代加速器概念，比如激光系統(tǒng)來(lái)加速質(zhì)子。這種系統(tǒng)被部署在臨床前研究，為最佳的放射治療鋪平道路。由Helmholtz-Zentrum dresden - rosssendorf (HZDR)領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)研究小組現(xiàn)在首次成功地在動(dòng)物身上測(cè)試了激光質(zhì)子照射，該小組的報(bào)告發(fā)表在《自然物理學(xué)》雜志上。

Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR)研究小組首次成功測(cè)試了激光質(zhì)子照射腫瘤的效果。來(lái)源：HZDR / Juniks

放射治療是主要的癌癥治療方法之一。它通常利用強(qiáng)烈的、聚焦的x光。質(zhì)子——?dú)湓拥脑雍恕患铀俚礁吣芰?，并捆綁成小而精確的目標(biāo)束是另一種選擇。它們可以滲透到腫瘤組織深處，在那里它們將大部分能量?jī)?chǔ)存在腫瘤中，在摧毀癌癥的同時(shí)，使周圍的組織基本完好無(wú)損。這使得該方法比x線治療更有效，創(chuàng)傷更小。HZDR的研究員Elke Beyreuther博士解釋說(shuō):“這種方法特別適合于照射顱底、大腦和中樞神經(jīng)系統(tǒng)的腫瘤。它也用于兒童癌癥患者，以減少可能的長(zhǎng)期影響?！?/p>

但是，這種方法比x射線療法復(fù)雜得多，因?yàn)樗枰艿募铀倨髟O(shè)備來(lái)產(chǎn)生快速的質(zhì)子，并將它們傳輸給患者。這就是為什么德國(guó)只有幾個(gè)質(zhì)子治療中心。目前，專家們正在穩(wěn)步改進(jìn)這種方法，使之適合于患者。基于激光的質(zhì)子加速器可以在這方面做出決定性的貢獻(xiàn)。

Draco PW的模型符合劑量交付概述。

定制的激光閃爍

HZDR的物理學(xué)家Florian Kroll博士解釋說(shuō):“這種方法是基于一種高功率激光產(chǎn)生強(qiáng)而極短的光脈沖，它被發(fā)射到一層薄薄的塑料或金屬箔上。”這些閃光的強(qiáng)度將電子擊出箔體，產(chǎn)生一個(gè)強(qiáng)大的電場(chǎng)，可以將質(zhì)子束成脈沖，并將它們加速到高能量。有趣的是，這個(gè)過(guò)程的規(guī)模非常小:加速路徑只有幾微米長(zhǎng)。

“我們已經(jīng)在這個(gè)項(xiàng)目上工作了15年，但到目前為止，質(zhì)子還沒(méi)有獲得足夠的能量進(jìn)行照射?！盉eyreuther說(shuō)，“此外，脈沖強(qiáng)度變化太大，所以我們無(wú)法確保我們提供的劑量是正確的。”在過(guò)去的幾年里，科學(xué)家們終于取得了關(guān)鍵的進(jìn)步，特別是由于對(duì)激光閃光和箔片之間的相互作用有了更好的理解。“最重要的是，激光閃光的精確形狀是特別重要的，我們現(xiàn)在可以對(duì)它們進(jìn)行調(diào)整，以產(chǎn)生具有足夠能量和足夠穩(wěn)定的質(zhì)子脈沖。”研究人員解釋稱。

加速器準(zhǔn)備就緒和束流輸送穩(wěn)定性。

新的研究需求

參數(shù)得到了優(yōu)化使得HZDR團(tuán)隊(duì)能夠啟動(dòng)一系列關(guān)鍵的實(shí)驗(yàn):首次使用激光加速質(zhì)子對(duì)小鼠腫瘤進(jìn)行控制照射。這些實(shí)驗(yàn)是與位于oncoray -國(guó)家腫瘤放射研究中心的Dresden大學(xué)醫(yī)院的專家合作進(jìn)行的，并以傳統(tǒng)質(zhì)子治療設(shè)施的對(duì)比實(shí)驗(yàn)為基準(zhǔn)?！拔覀儼l(fā)現(xiàn)激光驅(qū)動(dòng)的質(zhì)子源可以產(chǎn)生生物學(xué)上有價(jià)值的數(shù)據(jù)，這為進(jìn)一步的研究奠定了基礎(chǔ)，使我們能夠測(cè)試和優(yōu)化我們的方法?！?/p>

放射生物學(xué)初步研究和隨訪(參考質(zhì)子數(shù)據(jù)(UPTD回旋加速器)，綠色;LPA質(zhì)子數(shù)據(jù)(藍(lán)色的Draco PW)。

激光加速質(zhì)子脈沖的另一個(gè)特點(diǎn)是其巨大的強(qiáng)度。而在傳統(tǒng)的質(zhì)子治療中，輻射劑量是在幾分鐘內(nèi)完成的，而基于激光的過(guò)程可以在百萬(wàn)分之一秒內(nèi)完成。Elke Beyreuther解釋說(shuō):“有跡象表明，如此快速的劑量管理有助于保護(hù)周圍的健康組織，甚至比以前更好。我們希望用我們的實(shí)驗(yàn)裝置跟蹤這些適應(yīng)癥，并進(jìn)行臨床前研究，以研究何時(shí)以及如何使用這種快速照射方法來(lái)獲得癌癥治療的優(yōu)勢(shì)?！?/p>

來(lái)源：Tumour irradiation in mice with a laser-accelerated proton beam,Nature Physics (2022). DOI: 10.1038/s41567-022-01520-3.www.nature.com/articles/s41567-022-01520-3