Newswise — НЬЮПОРТ-НЬЮС, Вирджиния — Методы лучевой терапии используются для лечения рака уже более века. Физики из группы детекторов радиации и визуализации, связанных с Центром биомедицинских исследований и инноваций (БРИК) Национального ускорительного комплекса Томаса Джефферсона Министерства энергетики США, в течение нескольких лет занимаются усовершенствованием технологий лучевой терапии в сотрудничестве с Институтом протонного рака Хэмптонского университета. (УПЦИ). Теперь физики БРИК начинают исследование того, как лучше всего продвигать различные виды лучевой терапии.

Ученые БРИК планируют оценить способность протонной терапии на основе ускорителей, подобной той, которую предлагает на местном уровне HUPCI, заменить лечение с использованием радиоактивных источников, таких как кобальт-60, и снизить потенциальные радиологические риски, которые могут быть связаны с такими изотопами.

Руководит исследованием Кэмерон Кларк, научный сотрудник лаборатории Джефферсона, который разработал предложение совместно с коллегами Майклом Дайоном и Эриком Кристи.

«Как начинающий ученый, который только что присоединился к лаборатории в качестве сотрудника, непосредственно работающего над продвижением инициативы БРИК, я очень рад получить этот зеленый свет от Министерства энергетики», — сказал Кларк. «Я также воодушевлен тем, как возникновение этого проекта отражает эффективность подхода к сотрудничеству в масштабах всей лаборатории, которому стремится способствовать БРИК, и мне не терпится продолжить развивать эти связи, погружаясь в исследование».

Ученые стран БРИК сотрудничают с партнерами из частного и государственного секторов, помогая в разработке новых устройств и систем, в которых используются знания лаборатории и многолетний опыт мирового уровня в области ускорителей и детекторов частиц.

Среди инноваций Jefferson Lab, связанных с БРИК, — передовые устройства визуализации в области ядерной медицины, позволяющие лучше выявлять рак; использование электронных лучей для очистки воды; и разработка детекторов радиационной визуализации для исследований в области биологии растений, чтобы помочь найти способы оптимизации продуктивности растений, разработки биотоплива и связывания углерода в биомассе.

Плюсы и минусы

Новое исследование финансируется Управлением радиологической безопасности (ORS) Национальной администрации по ядерной безопасности Министерства энергетики США и продлится до 2025 финансового года. ORS фокусируется на глобальной радиологической безопасности и продвигает альтернативные технологии для сокращения использования устройств на основе радиоактивных источников в качестве формы постоянного снижения риска.

Внешняя лучевая терапия – это использование внешнего излучения для прохождения через тело и передачи энергии внутренним органам. Это можно сделать с помощью рентгеновских лучей, гамма-лучей или субатомных частиц, таких как электроны, нейтроны или протоны.

Протонная терапия — это использование внешнего пучка протонов, очень похожего на тот, который используется в Ускорителе непрерывного электронного пучка Министерства энергетики США в лаборатории Джефферсона, который используется для изучения строительных блоков материи с помощью электронного луча.

У каждого метода есть свои плюсы и минусы.

Протонную терапию, например, сложно и дорого реализовать, требуя от больницы или клиники построить ускоритель частиц, радиационную защиту и большие вращающиеся порталы, чтобы обеспечить возможность лечения под разными углами.

В то же время для лучевой терапии с использованием радиоизотопных источников требуется только аппарат размером с клиническую комнату для размещения горячего источника, экранирования и коллиматоров для фокусировки луча, используемого при лечении.

Но ключевыми преимуществами протонной терапии являются инженерно-технические функции безопасности, которые не позволяют источнику радиации вызывать радиологическую опасность, которая возникает за счет локализации большей части энерговыделения и обеспечения быстрого включения и выключения источника излучения. Пространственная локализация особенно привлекательна для лечения раковых опухолей вблизи чувствительных тканей, например, рака простаты и головного мозга, а также для педиатрической помощи, а инженерный контроль источников излучения привлекателен с точки зрения радиологической безопасности.

Кларк и его коллеги в сотрудничестве с HUPCI и другими клиническими центрами изучат современные технологии и практические препятствия на пути замены радиоизотопной лучевой терапии. Они также приобретут компьютерную систему планирования лечения с возможностью протонной терапии и смоделируют относительные возможности эффективности лечения рака, чтобы использовать их в обсуждениях с практикующими врачами и помочь преодолеть разрыв между исследователями ядерной физики и специалистами в области лечения.

«Ощутимое положительное влияние»

Первоначально интересуясь астрономией, Кларк заинтересовался ядерной физикой, будучи студентом Университета штата Миссисипи, когда его профессора, работавшие в зале C лаборатории Джефферсона над экспериментом Q-слабой и другими, поделились своим исследовательским опытом на уроках фундаментальной физики.

В конечном итоге он был покорен, когда в 2014 году принял участие в программе стажировок в научной лаборатории Министерства энергетики США в лаборатории Джефферсона и получил практическое представление о детекторах, ядерной физике и визуализации.

Кларк получил степень бакалавра физики в 2015 году, а затем степень доктора экспериментальной физики ядра и элементарных частиц в Университете штата Нью-Йорк в Стоуни-Брук на Лонг-Айленде в 2021 году.

Находясь в SUNY, он вернулся в лабораторию Джефферсона, чтобы помочь провести эксперимент PREX-II в 2019 году и эксперимент CREX в 2020 году.

«Во время пандемии, работая в изоляции, я начал изучать карьерные траектории, которые могли бы опираться на мой технический опыт и одновременно оказывать более ощутимое положительное влияние на людей вокруг меня», — сказал Кларк. «Это привело меня к интересу к отраслевым исследованиям по применению физики детекторов в медицинской визуализации».

В 2021 году он начал работать научным сотрудником-детектором в компании Canon Medical Research USA, Inc., работая над полупроводниковыми детекторами нового поколения для сканеров компьютерной томографии с подсчетом фотонов, а затем вернулся в лабораторию Джефферсона в качестве штатного научного сотрудника.

«Я очень рад работать в лаборатории Джефферсона, потому что я прихожу на работу каждый день и узнаю что-то новое о том, как принципы и технологии ядерной физики можно применять для улучшения жизни себя и всех, кто меня окружает», — сказал Кларк.

«Ключевым аспектом моего пути как ученого было любопытство: я задавал вопросы, чтобы понять, как устроен мир и все в нем, и учился использовать инструменты науки для поиска ответов в сотрудничестве с экспертами и коллегами мирового уровня.

«Мой путь от ядерной физики к промышленной медицинской визуализации и теперь назад к своего рода средней точке между ними был результатом поиска областей исследований, которые уравновешивают мои конкурирующие желания задавать базовые вопросы и немедленно создавать эффективные технологические разработки, которые помогут людям в их повседневная жизнь».

Дальнейшее чтение
Jefferson Lab открывает Центр биомедицинских исследований и инноваций
Основные моменты открытия БРИК
От ранней Вселенной к протонам и терапии рака

-конец-

Компания Jefferson Science Associates, LLC управляет и управляет Национальным ускорительным комплексом Томаса Джефферсона, или Лабораторией Джефферсона, для Управления науки Министерства энергетики США.

Управление науки Министерства энергетики является крупнейшим спонсором фундаментальных исследований в области физических наук в Соединенных Штатах и ​​работает над решением некоторых из наиболее насущных проблем нашего времени. Для получения дополнительной информации посетите https://energy.gov/science.