“高冷”的高能物理有望秒殺腫瘤

SLAC和斯坦福大學(xué)的研究人員正在開發(fā)新的基于加速器的技術(shù)，旨在將癌癥放射治療的速度加快數(shù)百倍，并使相關(guān)醫(yī)療設(shè)備更緊湊。圖片來(lái)源：SLAC國(guó)家加速器實(shí)驗(yàn)室

“高冷”的高能物理和惱人的腫瘤細(xì)胞，貌似風(fēng)馬牛不相及，但美國(guó)科學(xué)家目前正在研發(fā)的基于加速器的新技術(shù)，有望將癌癥放射治療的持續(xù)時(shí)間從幾分鐘縮短到不足一秒，來(lái)減少癌癥放療的副作用。為高能物理學(xué)開發(fā)的技術(shù)被植入未來(lái)的緊湊型醫(yī)療設(shè)備之后，將幫助患者更容易接受放射治療。

眨眼間殺死腫瘤

據(jù)美國(guó)每日科學(xué)網(wǎng)站近日?qǐng)?bào)道，美國(guó)能源部下屬的SLAC國(guó)家加速器實(shí)驗(yàn)室和斯坦福大學(xué)的團(tuán)隊(duì)目前正在進(jìn)行兩個(gè)項(xiàng)目，開發(fā)可能的腫瘤治療方法：其中一個(gè)項(xiàng)目利用X射線;另一個(gè)利用質(zhì)子。

這兩個(gè)項(xiàng)目背后的設(shè)想都是以極快的速度轟擊癌細(xì)胞，速度之快使器官和其他組織在受到轟擊的期間來(lái)不及移動(dòng)，這將降低放射線擊中并損害腫瘤周圍健康組織的可能性，使放療更精準(zhǔn)。

斯坦福大學(xué)醫(yī)學(xué)院放射腫瘤學(xué)副教授比利·盧(音)說(shuō)：“眨眼間就把一次治療的全部放射劑量都投放完，這將是控制器官和組織運(yùn)動(dòng)的終極方法。與我們今天所使用的方法相比是一個(gè)重大進(jìn)步。”

SLAC實(shí)驗(yàn)室粒子物理學(xué)和天體物理學(xué)教授薩米·坦塔維與盧合作進(jìn)行了上述兩個(gè)項(xiàng)目的研究。他說(shuō)：“為了足夠有效地投放高強(qiáng)度射線，我們需要先進(jìn)數(shù)百倍的加速器系統(tǒng)。我們得到的資金將幫助我們建造這些設(shè)施。”

X射線快閃投放系統(tǒng)

其中，名為PHASER的項(xiàng)目將開發(fā)一個(gè)X射線快閃投放系統(tǒng)。

在目前研究人員開發(fā)出的醫(yī)療裝置中，電子飛過(guò)約1米長(zhǎng)的管狀加速器結(jié)構(gòu)，并從一個(gè)在同一時(shí)間和同一方向上穿過(guò)該加速管的射頻場(chǎng)中獲得能量。電子的能量隨后被轉(zhuǎn)化成X射線。

在過(guò)去幾年里，PHASER項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)已經(jīng)開發(fā)并測(cè)試了采用特殊形狀并以新方法將射頻場(chǎng)送入加速管內(nèi)的加速器原型機(jī)。在模擬中，這些部件已經(jīng)表現(xiàn)出了預(yù)期的性能，將為以緊湊尺寸實(shí)現(xiàn)更強(qiáng)大功能的加速器設(shè)計(jì)鋪平道路。

SLAC實(shí)驗(yàn)室粒子物理學(xué)和天體物理學(xué)教授薩米·坦塔維說(shuō)：“下一步，我們將建造這種加速器，并測(cè)試這項(xiàng)技術(shù)的風(fēng)險(xiǎn)。該技術(shù)在3年到5年內(nèi)可能形成第一臺(tái)可以最終用于臨床試驗(yàn)的實(shí)際裝置。”

斯坦福大學(xué)放射腫瘤學(xué)系將在明年為這些項(xiàng)目提供約100萬(wàn)美元的資助，由盧和坦塔維共同領(lǐng)導(dǎo)的PHASER部門旨在將PHASER概念轉(zhuǎn)變?yōu)楣δ苄栽O(shè)備。

更健康的質(zhì)子投放系統(tǒng)

從本質(zhì)上來(lái)說(shuō)，質(zhì)子對(duì)健康組織的危害要小于X射線，因?yàn)樗鼈儼褮⑺滥[瘤的能量存放在人體內(nèi)體積更小的空間內(nèi)。不過(guò)，質(zhì)子療法需要大型設(shè)施對(duì)質(zhì)子進(jìn)行加速并調(diào)整它們的能量;還需要使用重達(dá)數(shù)百噸的磁體，在患者身體周圍移動(dòng)，以便把質(zhì)子束引向目標(biāo)。

SLAC的科學(xué)家稱，他們希望采用創(chuàng)新方法來(lái)操縱質(zhì)子束，使未來(lái)的設(shè)備更簡(jiǎn)單、更緊湊、更快。這一目標(biāo)可能很快就會(huì)“夢(mèng)想照進(jìn)現(xiàn)實(shí)”，因?yàn)槊绹?guó)能源部資助了170萬(wàn)美元，用于未來(lái)三年開發(fā)該技術(shù)。

盧和坦塔維等人表示：“我們現(xiàn)在可以繼續(xù)設(shè)計(jì)、制造和測(cè)試類似于PHASER項(xiàng)目中的加速器結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)將能控制質(zhì)子束、調(diào)節(jié)能量并實(shí)時(shí)提供高輻射劑量。”

除了讓癌癥治療更加精準(zhǔn)，放射物的快速投放還有其他好處。

盧解釋道：“我們已經(jīng)在實(shí)驗(yàn)鼠身上看到，當(dāng)我們非常迅速地投放放射劑量時(shí)，健康細(xì)胞受到的損傷較小，但殺死腫瘤的效果與暴露時(shí)間較長(zhǎng)的常規(guī)療法相當(dāng)，甚至?xí)靡恍Ｈ绻瑯拥慕Y(jié)果也出現(xiàn)在人類身上，那將成為放射治療領(lǐng)域的一個(gè)全新模式。”

此外，該項(xiàng)目的另一個(gè)關(guān)鍵目標(biāo)是使全世界的患者更容易接受放射治療。斯坦福大學(xué)醫(yī)學(xué)院放射腫瘤學(xué)副教授比利·盧說(shuō)：“如今，世界各地?cái)?shù)百萬(wàn)患者無(wú)法接受癌癥治療，只能接受保守療法，希望我們的工作能為更多患者提供最好的治療。”

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