Protonstrålning för alla

En ny maskin som producerar protoner med hög energi kan göra protonstrålbehandling mer lättillgänglig för cancerpatienter. Maskinen, som utvecklas av forskare vid Lawrence Livermore National Laboratory , kommer att vara en femtedel av storleken och kostnaden för protonterapimaskinerna som för närvarande finns på sex specialiserade medicinska centra i USA.

Den mindre, lättare och billigare maskinen borde vara lättare för mindre sjukhus att köpa och installera. Det kommer att göra protonterapi tillgänglig för fler människor. När enheten är redo för marknaden kommer den förmodligen att vara världens mest sofistikerade strålterapimaskin tillgänglig till ett mycket överkomligt pris, säger Ralph deVere White , chef för UC Davis Cancer Center, som stödde tidig forskning om enheten. Det kommer att ändra ribban för vad som är standardterapi.

Att utstråla tumörer med protoner har visat sig vara bättre än konventionell röntgenstrålning för behandling av vissa typer av cancer, såsom huvud och nacke, lungor och prostata. Protonstrålar kan styras mycket exakt, så de skonar frisk vävnad runt tumörer och orsakar färre biverkningar hos patienter. Men nuvarande protonterapimaskiner, på grund av de stora magneterna som skapar de energirika partiklarna och betongväggarna som behövs för att skydda strålningen, tar upp ett rum som är lika stort som en basketplan. Maskinerna kommer också med en rejäl prislapp – mellan $150 och $200 miljoner.

Den nya maskinen, som kallas en dielektrisk väggaccelerator, ska passa in i konventionella strålbehandlingsrum. Målet är att sjukhusen ska ersätta röntgenapparater med den nya protonstrålningsmaskinen, säger George Caporaso, en fysiker som leder forskningen vid Lawrence Livermore.

Caporaso och hans kollegor förväntar sig att ha en liten version av enheten klar i slutet av detta år, och en fullskalig prototyp inom de kommande tre åren. Maskinen kommer att testas kliniskt vid University of California Davis Cancer Center. Om testerna lyckas, Tomoterapi , baserat i Madison, WI, kommer att marknadsföra maskinerna.

För att döda tumörer behöver protoner ha energier på cirka 250 miljoner elektronvolt. Det kräver att de snabbas upp, vilket görs med hjälp av ett högt elektriskt fält i maskiner som kallas acceleratorer. Acceleratorer kan vara gjorda av metallrör som är tiotals meter långa, genom vilka partiklar färdas för att få energi. Protonterapimaskiner använder en typ av accelerator som kallas en cirkulär accelerator, som böjer partikelstrålen så att partiklarna går på en spiralbana samtidigt som de får energi. Att böja protonstrålen kräver stora magneter som kan väga hundratals ton.

Caporaso och hans kollegor har ett innovativt tillvägagångssätt för att aktivera protoner. De använder ett rör tillverkat av ett speciellt isoleringsmaterial – lager av metall som rostfritt stål omväxlande med plast – som klarar extremt höga elektriska fält på 100 megavolt per meter utan att kortslutas. Det betyder att ett rör som är cirka 2,5 meter långt kan skapa 250 miljoner elektronvoltsprotoner för att zappa tumörer.

En annan fördel med designen är att forskarna kan styra hur mycket energi de ger till protonstrålen. Konventionella acceleratorer som använder magneter producerar alltid maximal energi, säger Thomas Mackie, medgrundare av TomoTherapy och professor i medicinsk fysik vid University of Wisconsin. Läkare måste sedan sakta ner strålen så att den kan ges till patienten. Denna process skapar neutroner, så nuvarande protonterapicenter behöver betongväggar för att skydda neutronerna. Det ökar terapicentrets storlek och kostnad. Vi gör inte en hög energi och måste sakta ner den till lägre energi, säger Mackie. Vi skapar bara energi du absolut behöver för patienterna.

Hittills har forskarna visat att ett tre millimeter långt rör kan bära ett elektriskt fält på 100 megavolt per meter. Teknikens framgångar bankar på den 20 centimeter långa småskaliga prototypen som forskarna nu bygger. De måste visa att proof-of-concept-prototypen kan upprätthålla höga elektriska fält. När det väl fungerar måste de göra en fullskalig klinisk prototyp som är lika säker och effektiv för att behandla cancer som nuvarande maskiner.

Leonard Arzt, verkställande direktör för National Association of Proton Therapy , menar att det är för tidigt att säga om tekniken kommer att fungera. Och även om det gör det, varnar han för att det skulle ta många år för det att finnas tillgängligt på sjukhus. Maskinens kliniska prövningar är minst fem år bort; då måste den få FDA-godkännande, säger Arzt.

DeVere White, å andra sidan, är försiktig men optimistisk. Den här maskinen måste leverera samma egenskaper som de nuvarande, säger han. Vi förväntar oss verkligen att detta inte bara kommer att göra vad de nuvarande maskinerna gör; det kommer att göra mer.

Dölj