La irradiación rápida de protones es un tratamiento contra el cáncer más eficaz y menos invasivo que los rayos X. Sin embargo, la terapia de protones moderna requiere pedales de gas con partículas grandes, lo que ha llevado a los expertos a investigar conceptos alternativos de pedales de gas, como sistemas láser para acelerar protones. Estos sistemas se utilizan en estudios preclínicos para allanar el camino hacia una radioterapia óptima. Un grupo de investigación dirigido por el Helmholtz-Zentrum dresden-rosssendorf (HZDR) ha probado con éxito por primera vez la irradiación láser de protones en animales; el informe del grupo se publicó en la revista Nature Physics.
La radioterapia es uno de los principales tratamientos contra el cáncer. Por lo general, utiliza rayos X intensos y enfocados. Otra opción son los protones, los núcleos de los átomos de hidrógeno, acelerados a altas energías y agrupados en pequeños haces dirigidos con precisión. Pueden penetrar profundamente en el tejido tumoral, donde almacenan la mayor parte de su energía, destruyendo el cáncer y dejando el tejido circundante prácticamente intacto. Esto hace que el método sea más eficaz y menos invasivo que la terapia con rayos X, explica la Dra. Elke Beyreuther, investigadora del HZDR: "Este método es especialmente adecuado para irradiar tumores en la base del cráneo, en el cerebro y en el sistema nervioso central. sistema. También se utiliza en pacientes pediátricos con cáncer para minimizar los posibles efectos a largo plazo".
Sin embargo, este método es mucho más complejo que la terapia con rayos X porque requiere un sofisticado equipo de aceleración para generar protones rápidos y transmitirlos al paciente. Por esta razón en Alemania existen sólo unos pocos centros de terapia de protones. Actualmente, los expertos están mejorando constantemente este método para hacerlo más adecuado para los pacientes. En este sentido, los pedales de gas de protones basados en láser pueden contribuir decisivamente.
Centelleo láser personalizado
El Dr. Florian Kroll, físico del HZDR, explica: "Este método se basa en la generación de pulsos de luz potentes y muy cortos mediante un láser de alta potencia, que se dispara sobre una fina capa de plástico o lámina metálica". La intensidad de estos destellos expulsa los electrones de la lámina, creando un poderoso campo eléctrico que puede convertir protones en pulsos y acelerarlos a altas energías. Curiosamente, la escala del proceso es muy pequeña: la trayectoria de aceleración tiene sólo unos pocos micrómetros de longitud.
"Trabajamos en este proyecto desde hace 15 años, pero hasta ahora los protones no han recibido suficiente energía para irradiarse". Beyreuther dice: "Además, la intensidad del pulso varía demasiado, por lo que no podemos estar seguros de que estamos administrando la dosis correcta". En los últimos años, los científicos finalmente han logrado avances clave, especialmente gracias a una mejor comprensión de la interacción entre el destello láser y la lámina. "Lo más importante es la forma precisa de los destellos láser, y ahora podemos ajustarlos para producir pulsos de protones con suficiente energía y suficiente estabilidad". Explicaron los investigadores.
Preparación del pedal del acelerador y estabilidad de la entrega del haz.
Nuevas necesidades de investigación
Los parámetros se optimizaron, lo que permitió al equipo de HZDR iniciar una serie de experimentos clave: la primera irradiación controlada de tumores de ratón utilizando protones acelerados por láser. Estos experimentos se llevaron a cabo en colaboración con expertos del Hospital Universitario de Dresde en oncoray (el Centro Nacional de Investigación Radiológica en Oncología) y se compararon con experimentos comparativos en instalaciones de terapia de protones convencionales. "Descubrimos que la fuente de protones impulsada por láser podría producir datos biológicamente valiosos, lo que sentó las bases para futuras investigaciones y nos permitió probar y optimizar nuestro enfoque".
Otra característica de los pulsos de protones acelerados por láser es su enorme intensidad. Mientras que en la terapia de protones convencional la dosis de radiación se administra en cuestión de minutos, el proceso basado en láser puede completarse en una millonésima de segundo", explica Elke Beyreuther: "Hay indicios de que una administración tan rápida de la dosis ayuda a proteger la tejido sano circundante incluso mejor que antes. Queremos seguir estas indicaciones con nuestro dispositivo experimental y realizar estudios preclínicos para investigar cuándo y cómo se puede utilizar este método de irradiación rápida para obtener ventajas en el tratamiento del cáncer".
