Учёные и врачи постоянно ищут новые способы более эффективного лечения опухолей. Недавние испытания в Брукхейвенской национальной лаборатории Министерства энергетики США (DOE) показали, что небольшой массив магнитов, разработанный в рамках исследований по ядерной физике, может стать основой для будущих методов лечения рака.
Результаты испытаний
Испытания показали, что ряд тщательно спроектированных постоянных магнитов может транспортировать пучки протонов, уничтожающих раковые клетки, в широком диапазоне энергий — от 50 до 250 миллионов электронвольт (МэВ).
«Это самая высокая энергия для такого рода ускорительной линии», — сказал физик Брукхейвенской лаборатории Стивен Брукс, разработчик магнитов с фиксированным полем.
Проект является шагом к созданию возможного будущего ускорителя, где врачи смогут быстро переключаться между энергиями пучков для доставки очень быстрых летальных доз протонов по всей глубине опухоли.
Преимущества технологии
По словам Сэмюэля Рю, заведующего отделением радиационной онкологии в Медицинском центре Стони Брук, «прилегающие нормальные ткани, по-видимому, лучше сохраняются», когда излучение доставляется очень быстро в очень высоких дозах, известный как FLASH-терапия.
Создание ускорителя, который может достигать таких «мгновенных» доз с протонами, даст исследователям возможность протестировать технологию и использовать преимущества, которые протоны уже предлагают для лечения определённых видов опухолей.
Принцип работы
В отличие от рентгеновской лучевой терапии, где «рентгеновские лучи распространяются по телу без остановки», как сказал физик Брукхейвенской лаборатории Деян Трабоевич, пучки протонов останавливаются и передают большую часть своей энергии в одном месте. Это позволяет более точно нацеливать опухоль и минимизировать повреждение окружающих здоровых тканей.
Сегодняшние ускорители протонной терапии недостаточно гибки для быстрого переключения между энергиями. Брукхейвенские учёные разработали новый подход, используя постоянные магниты, которые не требуют питания для создания магнитного поля.
Инновационный дизайн
Брукс использовал этот подход, чтобы спроектировать слегка изогнутый массив из девяти постоянных магнитов. Каждый магнит изготовлен из серии клиньев, расположенных примерно в форме овала, с горизонтальным отверстием в центре. Это отверстие является апертурой, через которую могут проходить пучки, когда магниты выстроены в линию, подобно бусинам на нитке.
Брукс спроектировал магниты так, чтобы сила поля варьировалась от максимальной на внешнем крае изогнутого массива до более слабой к центру кривой, что позволяет пучкам с разными энергиями проходить по разным путям.
«Стабильные орбиты для каждой энергии расположены поперёк продолговатой щели», — сказал Брукс. «В этой конструкции все энергии возможны всё время. Вот почему мы можем обеспечить как высокие скорости дозы, так и быстрое масштабирование энергии».
Перспективы
Рю, онколог, отметил, что быстрое переключение энергии позволит более эффективно распределять энергию протонов, «потому что разные энергии дают вам разную глубину проникновения энергии протонов. Вы можете мгновенно выбрать эти разные энергии, чтобы охватить большие опухоли, особенно глубоко расположенные опухоли в простате, почках, поджелудочной железе и мозге».
Если тесты продемонстрируют, что FLASH-эффект действительно минимизирует периферическое повреждение, это может привести к значительному прогрессу в лечении рака.
Эта работа основана на более раннем исследовательском проекте с использованием магнитов с фиксированным полем в рамках ускорителя с восстановлением энергии, известного как CBETA, построенного в Корнельском университете. Брукхейвенские учёные разработали и создали массивы из фиксированных магнитных полей, которые несли электронные пучки с четырьмя различными энергиями в CBETA. Успешные испытания предоставили ключевые идеи для новых магнитов, несущих протоны.