La nueva tecnología basada en aceleradores que está desarrollando el Laboratorio Nacional de Aceleradores SLAC del Departamento de Energía y la Universidad de Stanford tiene como objetivo reducir los efectos secundarios de la radioterapia contra el cáncer al reducir su duración de minutos a menos de un segundo. Integrado en futuros dispositivos médicos compactos, La tecnología desarrollada para la física de altas energías también podría ayudar a que la radioterapia sea más accesible en todo el mundo.

Ahora, el equipo de SLAC / Stanford ha recibido financiación crucial para continuar con dos proyectos para desarrollar posibles tratamientos para los tumores:uno que utiliza rayos X, el otro usando protones. La idea detrás de ambos es destruir las células cancerosas con tanta rapidez que los órganos y otros tejidos no tengan tiempo de moverse durante la exposición, muy parecido a tomar una sola imagen congelada de un video. Esto reduce la posibilidad de que la radiación golpee y dañe el tejido sano alrededor de los tumores. haciendo que la radioterapia sea más precisa.

"Administrar la dosis de radiación de una sesión de terapia completa con un solo destello que dura menos de un segundo sería la mejor forma de controlar el movimiento constante de órganos y tejidos, y un gran avance en comparación con los métodos que usamos hoy, "dijo Billy Loo, profesor asociado de oncología radioterápica en la Facultad de Medicina de Stanford.

Sami Tantawi, profesor de física de partículas y astrofísica y científico jefe de la División de Investigación de Aceleradores de RF en la Dirección de Innovación Tecnológica de SLAC, que trabaja con Loo en ambos proyectos, dijo, "Para entregar radiación de alta intensidad con la suficiente eficiencia, necesitamos estructuras de aceleradores que sean cientos de veces más potentes que la tecnología actual. La financiación que recibimos nos ayudará a construir estas estructuras ".

Explosión del cáncer con rayos X

El proyecto llamado PHASER desarrollará un sistema de entrega flash para rayos X.

En los dispositivos médicos de hoy, los electrones vuelan a través de una estructura de acelerador en forma de tubo que tiene aproximadamente un metro de largo, obteniendo energía de un campo de radiofrecuencia que viaja a través del tubo al mismo tiempo y en la misma dirección. La energía de los electrones luego se convierte en rayos X. En los ultimos años, El equipo de PHASER ha desarrollado y probado prototipos de aceleradores con formas especiales y nuevas formas de introducir campos de radiofrecuencia en el tubo. Estos componentes ya están funcionando según lo predicho por las simulaciones y allanan el camino para diseños de aceleradores que admiten más potencia en un tamaño compacto.

"Próximo, construiremos la estructura del acelerador y probaremos los riesgos de la tecnología, cuales, en tres a cinco años, podría conducir a un primer dispositivo real que eventualmente se pueda usar en ensayos clínicos, "Dijo Tantawi.

El Departamento de Oncología Radioterápica de Stanford proporcionará alrededor de $ 1 millón durante el próximo año para estos esfuerzos y apoyará una campaña para recaudar más fondos para la investigación. El Departamento de Oncología Radioterápica, en colaboración con la Facultad de Medicina, también ha establecido el Centro de Ciencias de la Radiación que se centra en el tratamiento con radiación de precisión. Su división PHASER, codirigido por Loo y Tantawi, tiene como objetivo convertir el concepto PHASER en un dispositivo funcional.

Hacer que la terapia de protones sea más ágil

En principio, los protones son menos dañinos para el tejido sano que los rayos X porque depositan su energía destructora de tumores en un volumen más confinado dentro del cuerpo. Sin embargo, La terapia de protones requiere grandes instalaciones para acelerar los protones y ajustar su energía. También utiliza imanes que pesan cientos de toneladas que se mueven lentamente alrededor del cuerpo del paciente para guiar el rayo hacia el objetivo.

"Queremos encontrar formas innovadoras de manipular el haz de protones que simplifiquen los dispositivos del futuro, más compacto y mucho más rápido, "dijo Emilio Nanni, un científico de planta en SLAC, quien lidera el proyecto con Tantawi y Loo.

Ese objetivo pronto podría estar a tu alcance, gracias a una subvención reciente de $ 1.7 millones del programa DOE Office of Science Accelerator Stewardship para desarrollar la tecnología durante los próximos tres años.

"Ahora podemos seguir adelante con el diseño, fabricar y probar una estructura de acelerador similar a la del proyecto PHASER que será capaz de dirigir el haz de protones, sintonizando su energía y entregando altas dosis de radiación prácticamente instantáneamente, "Dijo Nanni.

Rápido, eficaz y accesible

Además de hacer que la terapia del cáncer sea más precisa, La administración instantánea de radiación también parece tener otros beneficios.

"Hemos visto en ratones que las células sanas sufren menos daño cuando aplicamos la dosis de radiación muy rápidamente, y, sin embargo, el efecto de eliminación de tumores es igual o incluso un poco mejor que el de una exposición más prolongada convencional, "Dijo Loo." Si el resultado es válido para los humanos, sería un paradigma completamente nuevo para el campo de la radioterapia ".

Otro objetivo clave de los proyectos es hacer que la radioterapia sea más accesible para los pacientes de todo el mundo.

Hoy dia, millones de pacientes en todo el mundo reciben solo cuidados paliativos porque no tienen acceso a la terapia contra el cáncer, Loo dijo. "Esperamos que nuestro trabajo contribuya a hacer que el mejor tratamiento posible esté disponible para más pacientes en más lugares".

Por eso el equipo se centra en diseñar sistemas que sean compactos, poder eficiente, económico, eficiente de usar en el entorno clínico, y compatible con la infraestructura existente en todo el mundo, Tantawi dijo:"El primer diseño de acelerador lineal médico ampliamente utilizado fue inventado y construido en Stanford en los años previos a la construcción de SLAC. La próxima generación podría ser un verdadero cambio de juego, en medicina y en otras áreas, como aceleradores para láseres de rayos X, colisionadores de partículas y seguridad nacional ".

Peter Maxim de Stanford (ahora director de física de oncología de radiación en la Universidad de Indiana) es coinventor de PHASER e hizo contribuciones clave a ambos proyectos. Los miembros adicionales del equipo de terapia de protones son Reinhard Schulte de la Universidad de Loma Linda y Matthew Murphy de Varian Medical Systems.