Вместо радиоактивных изотопов протоны испытают для лечения рака

Над улучшением методов лучевой терапии работают физики из группы Radiation Detector and Imaging и сотрудники Центра биомедицинских исследований и инноваций BRIC при Национальном ускорительном центре имени Томаса Джефферсона.

Они сотрудничают с Институтом протонного рака Университета Хэмптона (HUPCI).

Учёные BRIC исследуют, как лучше всего продвигать различные виды лучевой терапии, в том числе протонную терапию на базе ускорителей, подобную той, что предлагает HUPCI. Это может заменить лечение с использованием радиоактивных источников, таких как кобальт-60, чтобы снизить потенциальные радиологические риски.

Руководитель исследования Кэмерон Кларк, штатный научный сотрудник Лаборатории Джефферсона, разработал предложение совместно с коллегами Майклом Дионом и Эриком Кристи.

Кларк, начинающий учёный, рад, что получил разрешение от Министерства энергетики. Он будет работать в лаборатории над развитием инициативы BRIC.

Учёные из BRIC сотрудничают с партнёрами из частного и государственного секторов. Они разрабатывают новые устройства и системы с использованием знаний лаборатории об ускорителях и детекторах частиц.

Лаборатория Джефферсона разработала новые технологии для BRIC:

• Приборы для визуализации в ядерной медицине помогают лучше диагностировать рак.
• Электронные пучки очищают воду.
• Детекторы радиационного изображения исследуют биологию растений, чтобы повысить их продуктивность, создать биотопливо и связать углерод в биомассе.

За и против

Новое исследование финансируется Управлением радиологической безопасности (ORS) США и продлится до 2025 финансового года. ORS занимается вопросами глобальной радиологической безопасности и продвигает альтернативные технологии для снижения использования радиоактивных источников.

Внешняя лучевая радиотерапия использует внешнее излучение, такое как рентгеновские лучи, гамма-лучи или субатомные частицы, чтобы направить энергию во внутренние органы пациента.

Протонная терапия использует внешний пучок протонов, как в ускорителе непрерывного электронного пучка в Лаборатории Джефферсона, принадлежащем Управлению по науке Министерства энергетики США. Этот пучок используется для изучения материи.

У каждого метода есть свои плюсы и минусы.

Протонная терапия — сложный и дорогостоящий метод. Для его применения больнице или клинике нужно построить ускоритель частиц, обеспечить радиационную защиту и установить большие вращающиеся порталы для лечения под разными углами.

Для радиотерапии с использованием радиоизотопных источников нужен аппарат размером с клиническую палату и оборудование для экранирования и фокусировки пучка.

Протонная терапия безопасна, так как большая часть энергии излучения локализуется, а сам источник быстро включается и выключается. Это особенно полезно при лечении рака простаты, мозга и в педиатрии, поскольку позволяет избежать воздействия на чувствительные ткани.

Кларк и его коллеги изучат современные технологии и проблемы, связанные с заменой радиотерапии на основе радиоизотопов. Они будут сотрудничать с HUPCI и другими клиническими центрами. Также они приобретут компьютерную систему планирования лечения с возможностью протонной терапии. Это позволит смоделировать возможности лечения рака. Результаты можно будет использовать в дискуссиях с практикующими врачами. Таким образом удастся преодолеть разрыв между исследователями в области ядерной физики и специалистами по лечению.

«Ощутимое положительное воздействие»

Кларк интересовался астрономией, а ядерной физикой увлёкся в университете штата Миссисипи. Его покорило участие в программе стажировки студентов научных лабораторий в Лаборатории Джефферсона в 2014 году. Там он познакомился с детекторами, ядерной физикой и визуализацией.

В 2015 году Кларк получил степень бакалавра по физике, а в 2021 — докторскую степень по экспериментальной ядерной физике и физике элементарных частиц в Университете штата Нью-Йорк в Стоуни-Брук. Во время учёбы он вернулся в Лабораторию Джефферсона, чтобы помочь в проведении экспериментов PREX-II в 2019 году и CREX в 2020 году.

Во время пандемии я работал в изоляции и задумался о том, как моё техническое образование может помочь другим людям. Меня заинтересовали исследования, которые применяют физику детекторов в медицинской визуализации.

В 2021 году я стал научным сотрудником по детекторам в компании Canon Medical Research USA, Inc. Там я разрабатывал новые полупроводниковые детекторы для компьютерных томографов с фотонным подсчётом. Затем я вернулся в Лабораторию Джефферсона на постоянную работу.

Мне нравится работать в Лаборатории Джефферсона, потому что каждый день я узнаю здесь что-то новое о применении ядерной физики. Это помогает улучшить жизнь мне и окружающим, — говорит Кларк.

Как учёный я всегда стремился понять, как устроен мир. Любопытство заставляло меня задавать вопросы и искать ответы с помощью научных инструментов и сотрудничества с экспертами.

Я искал область исследований, которая бы удовлетворяла мои противоречивые желания: задавать фундаментальные вопросы и делать разработки, которые помогают людям. Мой путь привёл меня от ядерной физики к медицинской визуализации, а затем обратно. Сейчас я нахожусь где-то между этими двумя областями.

11.10.2024