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高能粒子能轰掉肿瘤深处“堡垒”

2022-11-22 10:48     来源:科技日报     核医学放射诊疗

研究用线性电子加速器(CLEAR)。图片来源:CERN官网

【科技创新世界潮】

欧洲核子研究中心(CERN)官网近日宣布,该机构科学家正努力将其研究应用于突破癌症治疗的局限,他们正在利用巨型粒子加速器对付致命的肿瘤,有望成为癌症治疗领域的“游戏规则改变者”。而且,他们也在不断努力,促使粒子加速器变得更紧凑,以更好地满足医疗领域的需求。

高能粒子 改变游戏规则

CERN的“研究用线性电子加速器”(CLEAR)实验室设备协调员罗伯特·科尔西尼表示,新研究旨在制造能量非常高的电子束,以最终能够更有效地打击癌细胞。

科尔西尼解释说,他们正在研究一种技术,来加速电子以产生治疗深层肿瘤所需的高于100兆电子伏特(MeV)的能量,这一理念是将高能量电子(VHEE)与名为FLASH的治疗方法相结合。

FLASH是一种以超高剂量率照射为主要特征的放疗技术,2018年首次用于临床,该疗法基于目前可用的医用线性加速器linacs,能够提供约6至10MeV的低能电子束。由于低能电子束无法深入穿透机体,这一高效治疗方法目前仅能用于治疗浅表肿瘤。

那些位于身体深处、无法用外科手术、化疗或传统放疗来根除的肿瘤,目前往往被认为难以治愈。鉴于此,CERN的物理学家正与洛桑大学医院合作,制造一种能够实施FLASH疗法的机器,可将电子加速到100至200MeV,从而使利用这一方法治疗那些难以触及的肿瘤成为可能。

瑞士洛桑大学医院放射科主任让·布里表示:“目前尚未治愈的癌症将成为这一方法的目标,这可能会改变游戏规则。”

除了高能电子外,使用加速器的质子束治疗癌症也是一种特别有效的方法。CERN官网指出,质子可以消除肿瘤,而且能比常规电子或光子治疗更好地保护周围的健康组织。

精准打击 减少附带损伤

科尔西尼等人研制出的最新方法需要在几百毫秒而非目前的数分钟内投放辐射剂量。研究显示,这种方法对目标肿瘤具有同等破坏作用,但对周围健康组织的损害则小得多。

CERN知识转移官员本杰明·菲什说,传统放射疗法的确会造成一些附带损伤,“而短暂但强度很大的FLASH疗法可达到对癌细胞进行适当破坏的同时降低对健康组织有害的效果。”鉴于FLASH疗法对周围组织的伤害要小得多,人们希望它能帮助治疗脑部肿瘤或其他重要器官附近的肿瘤。

小而紧凑 未来努力方向

CERN网站指出,目前上述方法面临的一个挑战就是,要让强大的加速器足够小而紧凑,能够被安置在医院里。

CERN的一个大型陈列室一直都被用来安放CLEAR加速器,它需要20米长的距离将电子推到所需的能量水平,另有20米用于调试、测量和传递电子束。科尔西尼称,CERN知道正设计在一个紧凑得多的空间内进行加速。

与洛桑大学医院一起设计的这款新原型机的目标是使用总长10米的机器完成同样的工作。科尔西尼说,这种紧凑设计“降低了成本,减少了耗能,可以轻而易举地将它搬进医院。原型机计划于明年2月开始建造,如果一切顺利的话,临床试验或于2025年开始。”

无独有偶,总部位于英国伦敦的新一代质子治疗系统研发商(AVO)“先进肿瘤治疗”公司也旨在改变这一局面。该公司的高适应性Linac图像引导强子技术(LIGHT)加速器能向深层肿瘤输送超高剂量的质子束。9月26日,LIGHT在英国获得了230MeV的最大治疗能量,并准备与伯明翰大学医院合作治疗第一批患者。

LIGHT是世界上第一台用于质子癌症治疗的线性加速器,CERN、欧洲核能机构和TERA基金会分别为其设计并开发了3个部件,使整台加速器物美价廉且紧凑,满足了医疗部门的要求。而且,直线加速器设计降低了光束损耗、杂散辐射,有望产生70至230MeV的极聚焦光束,并通过改变辐射剂量传递的深度,以比现有圆形加速器快得多的速度靶向肿瘤。

这台16米长的新型肿瘤直线加速器将于2023年下半年在达斯伯里治疗第一批患者。当然,这只是一段漫长旅程的开始,AVO希望其新的25米长的设计能够通过开发基于更快能量变化和更聚焦光束的新递送方法改变癌症治疗的格局。

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