Jak informuje organizacja Cancer Research UK, w 2020 roku na całym świecie zdiagnozowano aż 18 milionów nowych przypadków nowotworów złośliwych. Według szacunków ekspertów do 2040 roku roczne wskaźniki zachorowalności mają wzrosnąć mniej więcej o 55 proc.
Radioterapia protonowa to metoda leczenia wykorzystująca wysokoenergetyczne protony do niszczenia komórek nowotworowych. Badania wykazały, iż jest to obiecująca i skuteczna metoda terapii wielu rodzajów nowotworów, w szczególności zmian występujących w mózgu, głowie i szyi, a także w ośrodkowym układzie nerwowym, płucach, układzie pokarmowym i prostacie, zwłaszcza w przypadku, gdy są to zmiany nieoperacyjne.
Urządzenia wykorzystywane w tej chwili w radioterapii protonowej są jednak olbrzymie, a ich ceny są zaporowe. W praktyce oznacza to, iż ośrodki pozwalające na przeprowadzanie takich zabiegów mogą rozciągać się na powierzchni porównywalnej z boiskiem piłkarskim, a budowa obiektu mieszczącego urządzenia zajmujące kilka sal i kosztujące choćby 120 milionów euro może trwać wiele lat.
W ramach finansowanego ze środków Unii Europejskiej projektu LPT naukowcy opracowali niezwykle kompaktowe urządzenie do radioterapii protonowej o wyjątkowych efektach, oparte na nowatorskiej konstrukcji, które pozwoli na obniżenie kosztów w takim stopniu, by metoda ta trafiła do ścisłej czołówki opcji leczenia nowotworów.
– Konstrukcja naszego urządzenia wykorzystuje światło lasera o wysokiej intensywności, które wchodzi w interakcję z plazmą wzbogaconą w protony, pochodzącą z celu polimerowego w nanoskali – wyjaśnia Moshe Cohen-Erner, wiceprezes do spraw badań i rozwoju spółki HIL Medical i koordynator projektu LPT.
Przechwytywanie laserów o dużej intensywności wiązki
Nowy, innowacyjny system radioterapii protonowej opracowany w ramach projektu LPT wykorzystuje laser pulsacyjny o wysokiej intensywności wiązki, który napromieniowuje bogaty w protony nanoskalowy cel. Protony są rozpędzane do dużej prędkości w celu osiągnięcia poziomów energetycznych pozwalających na ich zastosowanie w leczeniu, a następnie ich strumień jest ograniczany i skupiany przy pomocy pola magnetycznego na guzie nowotworowym.
– Nowa koncepcja zwiększy dostępność radioterapii protonowej dzięki możliwości zaoferowania skutecznych i przystępnych cenowo zróżnicowanych systemów leczenia. Nasze rozwiązanie usuwa główne bariery stojące na przeszkodzie powszechnemu wykorzystywaniu tej metody leczenia – dodaje Cohen-Erner.
Innowacyjne rozwiązania opracowane w ramach projektu LPT obejmują wykorzystanie laserowego akceleratora protonów do produkcji silniejszych wiązek protonów; specjalistycznej konstrukcji bramy i wiązki w celu ich ekstrakcji, a także wyjątkowych magnesów i elementów magnetycznych wykorzystywanych do manipulowania wiązką przyspieszonych protonów.
Połączenie tych innowacji pozwoliło na otrzymanie urządzenia do radioterapii protonowej o powierzchni mniejszej o połowę od tradycyjnych rozwiązań, objętości zredukowanej o 3/4, a także masie mniejszej o 99 proc. przy jednoczesnej redukcji kosztów rozwiązania o 50–75 proc.
– Zastosowanie laserowego akceleratora protonów ze stałą bramą eliminuje wymóg stosowania długiej drogi dla naładowanych cząstek, potrzebę wykorzystania dużej liczby magnesów, a także ogromnej i ciężkiej obrotowej bramy. Wszystko to pozwala na zmniejszenie rozmiaru urządzenia, które może osiągnąć masę przeszło 500 ton – wyjaśnia Cohen-Erner.
Zwiększenie mocy wyjściowej lasera
W ramach projektu LPT przeprowadzono pierwsze doświadczenia dotyczące laserowego przyspieszania protonów dzięki nanocelów, które doprowadziły do przyspieszenia protonów do stosunkowo niskich energii. – Uzyskane wyniki stanowiły dowody, których potrzebowaliśmy do opublikowania pierwszego recenzowanego artykułu na temat naszego rozwiązania – mówi Cohen-Erner.
Po publikacji zespół kontynuował rozwój akceleratora protonów i zwiększył moc wyjściową, ulepszając nanocele i wykorzystując laser o większej intensywności wiązki. Doświadczenia zostały przeprowadzone w niemieckim Instytucie im. Maxa Borna (MBI) przez międzynarodowy zespół naukowców z HIL, MBI, Naval Research Laboratory w Waszyngtonie i Uniwersytetu Strathclyde w Glasgow. Wyniki udanych doświadczeń zostały opublikowane w recenzowanych czasopismach naukowych.
Wprowadzanie nowego systemu laserowego do szpitali
– Jesteśmy dumni z naszego innowacyjnego pomysłu, który zbiera pozytywne recenzje kluczowych liderów opinii, lekarzy i potencjalnych klientów. Stale dochodzą do nas słuchy o potrzebie wprowadzenia na rynek przystępnego cenowo systemu do radioterapii protonowej. Dzięki temu czujemy wiatr w żaglach i mamy wsparcie, by przyspieszyć prace nad wprowadzeniem nowego systemu do klinik i szpitali – zauważa Cohen-Erner.
Zespół przechodzi teraz do kolejnej fazy projektu, polegającej na montażu lasera o mocy 200 TW w celu uzyskania klinicznie istotnych wiązek protonów. Testy beta tego systemu umożliwią zespołowi wykorzystanie nowej metody do leczenia nowotworów w środowiskach klinicznych w najbliższej przyszłości.
