เครื่องเร่งพลาสมาเลเซอร์ช่วยปลดล็อกศักยภาพในการศึกษารังสีชีววิทยาด้วยโปรตอน

เครื่องเร่งพลาสมาเลเซอร์ช่วยปลดล็อกศักยภาพในการศึกษารังสีชีววิทยาด้วยโปรตอน

เครื่องเร่งความเร็วพลาสมาแบบเลเซอร์ (LPA) ขับเคลื่อนอนุภาคให้มีพลังงานสูงในระยะทางสั้นๆ โดยใช้พัลส์แสงเลเซอร์ที่รุนแรงและสั้นมาก เครื่องเร่งความเร็วเหล่านี้สามารถให้ลำอนุภาคคุณภาพสูงสำหรับการศึกษาทางรังสีชีววิทยา ซึ่งจะช่วยให้นักวิทยาศาสตร์เข้าใจได้ดีขึ้นว่ารังสีนำไปสู่การทำลาย DNA ได้อย่างไร และท้ายที่สุดช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการรักษามะเร็งโดยใช้อนุภาค

ลำแสงโปรตอน

ที่เกิดจากการเร่งด้วยเลเซอร์พลาสมามีการกระจายพลังงานในวงกว้าง สเปกตรัมพลังงานที่สลายตัวแบบทวีคูณ และรวมตัวกันเป็นพัลส์ของอนุภาคที่มีโปรตอนมากถึงหนึ่งล้านล้านโปรตอน การผสมผสานคุณสมบัติของลำแสงที่เป็นเอกลักษณ์นี้ทำให้ LPA ของโปรตอนเหมาะสำหรับการศึกษาด้านรังสีวิทยา

ด้วยปริมาณรังสีสูงพิเศษ ก่อนที่นักวิจัยจะทำการศึกษาเหล่านี้ พวกเขาต้องแสดงให้เห็นว่าสามารถควบคุมพารามิเตอร์ลำแสง LPA ได้ด้วยเหตุนี้และเพื่อนร่วมงานของเขาและผู้เชี่ยวชาญได้ใช้เวลาไม่กี่ปีที่ผ่านมาในการทดสอบแพลตฟอร์ม LPA ของโปรตอนที่มีความซับซ้อน แพลตฟอร์มดังกล่าว

แสดงความเสถียรของตัวเร่งความเร็วอย่างน่าเชื่อถือเป็นเวลาสองปี มอบการกระจายขนาดยาที่เป็นไปตามแบบจำลอง และในการศึกษานำร่องในหนูทดลอง แสดงให้เห็นถึงการให้ปริมาณรังสีและการวัดปริมาณรังสีที่แม่นยำแพลตฟอร์มตัวเร่งเลเซอร์พลาสม่าใหม่แม้ว่าความก้าวหน้าในการเร่งด้วยพลาสมา

ของเลเซอร์จะเกิดขึ้นในช่วงหลายปีที่ผ่านมา แต่ความท้าทายหลักประการหนึ่งยังคงมีอยู่: ตัวเร่งด้วยเลเซอร์พลาสมาและอนุภาคที่เร่งขึ้นนั้นยากต่อการทำให้เสถียรและควบคุมวิธีการ และเพื่อนร่วมงานนำมาใช้เพื่อปรับปรุงความน่าเชื่อถือนี้อาศัยเลเซอร์กำลังสูง โดยโฟกัสไปที่ชิ้นงานพลาสติกบาง 

(220 นาโนเมตร) อย่างแน่นหนาผู้เขียนคนแรกของ ผลการศึกษาอธิบายว่า “ความเข้มของเลเซอร์นั้นมหาศาลมากจนเมื่อกระทบกับเป้าหมาย มันจะทำให้วัสดุเป้าหมายแตกตัวเป็นไอออนทันที และเปลี่ยนเป็นพลาสมา”เมื่อแยกออกจากแกนอะตอม อิเล็กตรอนของเป้าหมายจะถูกผลักผ่านพลาสมา

ด้วยเลเซอร์ 

อิเล็กตรอนบางตัวไม่สามารถหนีออกจากเป้าหมายที่มีประจุบวกได้ สร้าง “เปลือกหุ้ม” ที่ด้านหลังของเป้าหมายและสร้างสนามไฟฟ้ากึ่งสถิตที่ “ดึง” บนไอออนเป้าหมาย ช่องนี้จะเร่งไอออนให้อยู่ในช่วงเมกะอิเล็กตรอนโวลต์ (MeV)นักวิจัยได้ปรับแต่งรูปร่างของลำแสงโปรตอนที่เกิดขึ้นด้วยเทคนิคต่างๆ

รวมถึงลำแสงโซลินอยด์แบบพัลซิ่งสองเส้นที่มีช่องรับแสงและตัวกระจายแสง ในการปรับการเร่งโปรตอนอย่างละเอียด พวกเขาปรับแต่งรูปร่างของพัลส์เลเซอร์ชั่วคราว (ผลการศึกษาจากการศึกษาก่อนหน้านี้แสดงให้เห็นว่า “รูปร่างชั่วคราว”ของพัลส์เลเซอร์ มีอิทธิพล ต่อประสิทธิภาพการเร่งโปรตอน)

แพลตฟอร์ม LPA สร้างโปรตอนด้วยพลังงานการตัดสูงถึง 70 MeV และแสดงประสิทธิภาพของตัวเร่งที่เสถียร ตลอดจนการส่งมอบการกระจายปริมาณรังสีตามปริมาตรที่กำหนดในแต่ละวันด้วยส่วนต่างระดับเปอร์เซ็นต์ในการทดลองนำร่องทางรังสีชีวภาพที่ทำร่วมกัน นักวิจัยฉายรังสีเนื้องอกของมนุษย์ที่หู

ของหนูโดยใช้การฉายรังสีโปรตอน LPA แบบหลายช็อต การฉายรังสีจากแหล่งกำเนิดโปรตอนทางคลินิก หรือการฉายรังสีเอกซ์มาตรฐาน 200 kV เปรียบเทียบปริมาณรังสีและมาตรการควบคุมเนื้องอก (การออกแบบการศึกษายังรวมถึงการควบคุม และกลุ่มหลอกลวง)

แม้ว่าจะสังเกตเห็นผลกระทบที่เกิดจากรังสีต่อการเจริญเติบโตของเนื้องอก แต่จุดเน้นของการศึกษานำร่องคือการแสดงให้เห็นถึงความเป็นไปได้ของการศึกษาในสัตว์ทดลองและเพื่อทดสอบขีดจำกัดของการนำส่งโดส“เราไม่ต้องการคาดเดาเกี่ยวกับการนำไปใช้ทางคลินิกของลำแสงโปรตอนที่ขับเคลื่อนด้วย

เลเซอร์” กล่าว “ในยุคแรกๆ ของการเร่งความเร็วด้วยเลเซอร์ มีการกล่าวอ้างมากมายเกี่ยวกับเครื่องบำบัดด้วยเลเซอร์ที่มีการปฏิวัติ กะทัดรัด และราคาถูก ในที่สุดทุกอย่างก็ซับซ้อนกว่าที่คิด อย่างไรก็ตาม เครื่อง LPA ยังคงเป็นเทคนิคการเร่งความเร็วเสริมที่น่าสนใจสำหรับไซโคลตรอน ซินโครตรอน และอื่น ๆ 

อยู่เสมอ”อนาคต และอีกมากมายนักวิจัยบางคนทราบว่า การศึกษา เป็นความก้าวหน้าสำหรับชุมชน LPA ของโปรตอน และตอนนี้เครื่องเร่งความเร็วพลาสมาด้วยเลเซอร์ก็พร้อมสำหรับการวิจัยเชิงแปลแล้ว การศึกษานี้กำหนดมาตรฐานใหม่สำหรับแหล่งที่มาของโปรตอน LPA นักวิจัยเหล่านี้กล่าว และปูทาง

เกิดขึ้นเมื่อปริมาณรังสีที่ใช้รักษาโรคถูกส่งในเสี้ยววินาทีด้วยอัตราปริมาณรังสีที่สูงเป็นพิเศษ ในสถานพยาบาล รังสีรักษาแบบ FLASH อาจลดความเสียหายจากรังสีในเนื้อเยื่อที่มีสุขภาพดีในขณะที่ยังคงรักษาเนื้องอกได้ Kroll ตั้งข้อสังเกตว่าในขณะที่นักวิจัยไม่ได้พยายามกระตุ้นเอฟเฟกต์แฟลช

ในการศึกษานี้ 

เขาพบว่าการฉายรังสีตัวอย่างแบบช็อตเดียว “ที่กำลังเต็มกำลัง” ส่งผลให้เกิดพารามิเตอร์ที่คาดว่าจะกระตุ้นเอฟเฟกต์แฟลช ด้วยเหตุนี้ การใช้งานแพลตฟอร์ม LPA ของโปรตอนในอนาคตอาจรวมถึงการตรวจสอบผลกระทบของ FLASH กับโปรตอน และการตรวจสอบเคมีรังสีในบริบทของ FLASH

“[การศึกษานี้] เป็นการแสดงการทำงานเป็นทีมที่น่าทึ่งระหว่างช่างเทคนิค วิศวกร นักฟิสิกส์ และนักชีววิทยา ซึ่งล้วนดำเนินไปในทิศทางเดียวกัน” Kroll กล่าว “เราจะพยายามตอบคำถามทางรังสีชีววิทยาต่อไป และพิจารณาผลกระทบของแฟลชและกลไกของมันให้ละเอียดยิ่งขึ้น ในขณะเดียวกัน

โดยมีการบำรุงรักษาน้อยที่สุด และโดยทั่วไปไม่มีการควบคุมดูแล ในแง่นี้ การทดสอบนอกชายฝั่งครั้งแรกของอุตสาหกรรมเป็นทั้งเหตุการณ์สำคัญที่น่าประทับใจและเป็นสัญญาณบ่งชี้ว่ายังมีงานอีกมากเพียงใด การลงว่าวของ Makani บนทุ่นที่เคลื่อนที่ได้นั้น McLeod ตั้งข้อสังเกตว่า แม้ว่าการลงจอดนั้นจะสำเร็จ แต่การทดสอบก็จบลงด้วยการสูญเสียว่าว

แนะนำ ufaslot888g