Kiire prootonkiirgus on tõhusam ja vähem invasiivne vähiravi kui röntgenikiirgus. Kaasaegne prootonteraapia nõuab aga suuri osakeste gaasipedaale, mis on pannud eksperdid uurima alternatiivseid gaasipedaalide kontseptsioone, näiteks prootonite kiirendamiseks mõeldud lasersüsteeme. Selliseid süsteeme kasutatakse prekliinilistes uuringutes, et sillutada teed optimaalsele kiiritusravile. Helmholtz-Zentrum dresden - rosssendorfi (HZDR) juhitud uurimisrühm on nüüd esimest korda edukalt katsetanud laserprootoni kiiritamist loomadel, kusjuures rühma aruanne avaldati ajakirjas Nature Physics.
Kiiritusravi on üks peamisi vähiravimeetodeid. Tavaliselt kasutab see intensiivset, keskendunud röntgenikiirgust. Veel üks võimalus on prootonid – vesinikuaatomite tuumad –, mis on kiirendatud suure energiani ja koondatud väikesteks täpselt sihitud kiirteks. Nad võivad tungida sügavale kasvajakoesse, kus nad salvestavad suurema osa oma energiast, hävitades vähi, jättes ümbritseva koe suures osas puutumata. See muudab meetodi efektiivsemaks ja vähem invasiivsemaks kui röntgenteraapia, selgitab HZDRi teadur dr Elke Beyreuther: "See meetod sobib eriti hästi koljupõhja, aju ja kesknärvisüsteemi kasvajate kiiritamiseks. Seda kasutatakse ka lastel vähihaigetel, et minimeerida võimalikke pikaajalisi mõjusid."
See meetod on aga palju keerulisem kui röntgenteraapia, kuna kiirete prootonite genereerimiseks ja patsiendile edastamiseks on vaja keerukaid gaasipedaaliseadmeid. Seetõttu on Saksamaal vaid mõned prootonteraapia keskused. Eksperdid täiustavad seda meetodit nüüd pidevalt, et muuta see patsientidele sobivaks. Laseripõhised prootongaasi pedaalid võivad selles osas anda otsustava panuse.
Kohandatud laserstsintillatsioon
Dr Florian Kroll, HZDRi füüsik, selgitab: "See meetod põhineb tugevate ja väga lühikeste valgusimpulsside genereerimisel suure võimsusega laseriga, mis tulistatakse õhukesele plast- või metallfooliumikihile." Nende sähvatuste intensiivsus lööb elektronid fooliumist välja, luues võimsa elektrivälja, mis suudab prootoneid impulssideks kiirata ja kiirendada neid suure energiani. Huvitaval kombel on protsessi ulatus väga väike: kiirendustee on vaid mõne mikromeetri pikkune.
"Oleme selle projekti kallal 15 aastat töötanud, kuid siiani pole prootonid kiiritamiseks piisavalt energiat saanud." Beyreuther ütleb: "Lisaks varieerub pulsi intensiivsus liiga palju, nii et me ei saa olla kindlad, et anname õige annuse." Viimastel aastatel on teadlased lõpuks teinud olulisi edusamme, eriti tänu laservälklambi ja fooliumi vastastikmõju paremale mõistmisele. "Kõige tähtsam on see, et laservälkude täpne kuju on eriti oluline ja nüüd saame neid häälestada, et toota piisava energia ja piisava stabiilsusega prootonimpulsse." Uurijad selgitasid.
Gaasipedaali valmisolek ja kiire edastamise stabiilsus.
Uued uurimisvajadused
Parameetrid optimeeriti, võimaldades HZDR-i meeskonnal algatada mitmeid olulisi eksperimente: esimene hiire kasvajate kontrollitud kiiritamine laserkiirendatud prootonite abil. Need katsed viidi läbi koostöös oncoray Dresdeni ülikoolihaigla – riikliku onkoloogia kiirgusuuringute keskuse – ekspertidega ja neid võrreldi tavapärastes prootonteraapiarajatistes tehtud võrdluskatsetega. "Leidsime, et laseriga juhitav prootoniallikas võib toota bioloogiliselt väärtuslikke andmeid, mis pani aluse edasistele uuringutele ja võimaldas meil katsetada ja optimeerida oma lähenemisviisi."
Laserkiirendatud prootonimpulsside teine omadus on nende tohutu intensiivsus. Kui tavapärases prootonteraapias antakse kiiritusdoos mõne minutiga, siis laseril põhineva protsessi saab lõpule viia miljondiksekundi jooksul,“ selgitab Elke Beyreuther: „On märke, et nii kiire doosi manustamine aitab kaitsta ümbritseva terve koe veelgi paremini kui varem. Soovime jälgida neid näidustusi oma eksperimentaalse seadmega ja viia läbi prekliinilisi uuringuid, et uurida, millal ja kuidas saab seda kiiret kiiritusmeetodit kasutada vähiravi eeliste saamiseks.
