Un nuevo esquema podría aumentar la eficiencia de una radioterapia contra el cáncer en dosis altas y mitigar la incomodidad del paciente al reducir la pérdida de partículas en los haces de protones
(Physics)- Las terapias contra el cáncer de protones utilizan haces altamente enfocados para administrar dosis ultra altas de radiación de protones directamente a los tumores. Estos haces se producen utilizando aceleradores de partículas llamados ciclotrones. Los ciclotrones producen haces de protones de muy alta energía, por lo que, para utilizarlos, los médicos deben adaptar las energías de los haces a los niveles apropiados para la terapia. Ahora, los investigadores han desarrollado un enfoque para este ajuste de energía que evita reducir la dosis de radiación, un problema con los métodos anteriores [ 1 ]. Los investigadores detrás de la técnica dicen que podría permitir a los médicos reducir a la mitad el tiempo de tratamiento, aumentando potencialmente los niveles de comodidad del paciente durante el tratamiento. El mantenimiento de la dosis es especialmente importante en situaciones en las que los pacientes deben permanecer perfectamente quietos, como durante el tratamiento de tumores ópticos.
Para los pacientes con cáncer que se someten a terapias de radiación, la terapia de protones puede ser ventajosa sobre la radioterapia de rayos X, que existe desde hace más tiempo, ya que el haz de protones administra una mayor parte de su energía directamente al tumor. Esta precisión reduce el daño al tejido sano circundante y puede mitigar efectos secundarios desagradables a corto plazo, como náuseas y fatiga, así como a largo plazo, como problemas de memoria, morbilidad cardiovascular y cánceres secundarios.
La eficacia del tratamiento con terapia de protones aumenta con la dosis de radiación. La mejora de la eficacia podría permitir a los oncólogos reducir los tiempos de tratamiento, aumentando su capacidad para tratar a los pacientes. También podría minimizar la necesidad de una amplia protección alrededor de la instalación. Pero las técnicas que se utilizan actualmente para crear haces apropiados para la terapia reducen significativamente la cantidad de protones en un haz.
Para reducir la energía de un haz de protones de los 250 MeV producidos por un ciclotrón a los 70 MeV necesarios para algunos tratamientos, las instalaciones hospitalarias colocan un dispositivo especial, llamado degradador de energía, en la trayectoria del haz. Este dispositivo está hecho de grafito y reduce la energía promedio del haz al dispersar protones individuales. Pero al hacerlo, aumenta la dispersión de energía de las partículas. Como tal, algunos protones todavía son demasiado energéticos para su uso en tratamientos y deben eliminarse mediante otros métodos. Vivek Maradia del Instituto Paul Scherrer en Suiza y sus colegas se preguntaron si podrían eliminar ese requisito.
Maradia y sus colegas adaptaron un enfoque utilizado en experimentos de física de alta energía. Después del degradador de energía, los investigadores colocaron un dispositivo de polietileno en forma de cuña que variaba en ancho desde 3,8 mm en un extremo hasta una punta afilada en el otro.
A medida que las partículas atraviesan una cuña de este tipo, deberían perder energía, y su pérdida de energía exacta depende de su energía antes de entrar en la cuña: los protones de mayor energía deberían perder una fracción mayor de su energía que los de menor energía. Como tal, los protones que salen de la cuña deberían tener energías cercanas entre sí. Usando este dispositivo, los investigadores demostraron que podían producir protones con energías terapéuticas y que podían hacerlo sin aumentar la dispersión de energía, minimizando la pérdida de partículas.
Esa minimización de pérdidas significa que más partículas podrían llegar potencialmente a un tumor objetivo, dice Maradia. Una posibilidad que el grupo probó utilizando un haz de protones clínico diseñado para tratar tumores oculares. Con el haz clínico, los investigadores encontraron una duplicación en la transmisión de protones para su configuración en comparación con la anterior. Ese aumento coincidió con las predicciones de las simulaciones del equipo que indicaban que su diseño actualizado debería lograr un aumento de 100 veces en la cantidad de protones contenidos en un haz de 70 MeV.
Diktys Stratakis, diseñador de aceleradores de partículas en el Laboratorio Nacional de Aceleradores Fermi en Illinois, señala que este método también se usó para mejorar el rendimiento del experimento Muon g -2 de Fermilab (ver Artículo especial: Explicación de la anomalía de Muon g -2 ). David Neuffer, un físico de aceleradores también en Fermilab, dice que una línea de haz de protones médica es una aplicación muy interesante del dispositivo de cuña utilizado para haces de muones. Los investigadores “parecen ser capaces de usarlo para lograr grandes mejoras en una aplicación médica”, dice.
–Rachel Berkowitz
Referencias
V. Maradia et al. , “Demostración del enfriamiento por impulso para mejorar el potencial del tratamiento del cáncer con terapia de protones”, Nat. física (2023)
