Recent, cercetătorii de la Universitatea din Quebec au efectuat un experiment de succes la Laboratorul Advanced Laser Light Source de la Consiliul Național de Cercetare din Canada (INRS), demonstrând utilizarea promițătoare a tehnologiei laser ultrarapide pentru radioterapia cancerului.
„Am demonstrat pentru prima dată că, în anumite condiții, un fascicul laser concentrat strâns pe aerul înconjurător poate accelera electronii până la gama de energie MeV (mega-electron volt), care este aceeași energie ca unele dintre radiatoarele utilizate în radiațiile canceroase. terapie." a spus Franois Légaré, profesor INRS și lider științific al Laboratorului Advanced Light Sources (ALLS).
Prin focalizarea strânsă a mai multor cicluri ale unui laser în infraroșu (IR), femtosecundă (fs), la nivel de milijoule (mJ), cercetătorii generează fascicule de electroni relativiste în aerul ambiant și ating rate mari de doză de până la 0.15 Gray pe secundă (Gy/s). La presiunea atmosferică, intensitatea laserului lor a atins 1 × 1019 wați pe centimetru pătrat (W/cm-2). Echipa a măsurat fasciculul de electroni rezultat și a descoperit că acesta avea o energie maximă de până la 1,4 MeV.
Echipa a arătat cum focalizarea strânsă a laserului, lungimea de undă lungă și durata impulsului cu ciclu scurt se combină pentru a limita efectul integrării b asupra fasciculului laser focalizat. Densitatea mare a moleculelor de aer în volumul focal ionizabil este suficientă pentru a forma o plasmă apropiată de densitatea critică, ceea ce asigură o eficiență ridicată de conversie de la lasere la electroni. Prin simulări tridimensionale de particule în celulă, cercetătorii au confirmat că mecanismul de accelerare se bazează pe relativism, are un potențial de mișcare a masei și este, teoretic, în concordanță cu energiile electronilor măsurate și cu dispersia.
Schema configurației experimentale: impulsurile luminii laser infraroșii ultrascurte sunt concentrate strâns asupra aerului înconjurător, producând o doză mare de radiații ionizante.
Cercetătorii cred că puterea acestei surse de electroni conduse de laser provine din simplitatea ei. O singură optică focalizată în aerul înconjurător poate produce un fascicul de electroni care furnizează o doză de radiație în valoare de un an unei persoane care stă la un metru distanță în mai puțin de o secundă. Nu sunt necesare configurații complicate sau camere de vid, ceea ce face această metodă potrivită pentru multe aplicații de iradiere prin reducerea cerințelor pentru producerea de surse de electroni MeV ultrarapide.
Progresele în tehnologia laser au permis accelerarea câmpului de trezire laser - un proces care accelerează electronii la energii înalte într-o perioadă foarte scurtă de timp prin generarea de plasmă - să lucreze în infraroșu mediu cu sisteme de clasă mJ pentru a produce fluxuri mari de particule de electroni MeV. care poate fi folosit în cercetarea radiobiologiei. Cu toate acestea, aceste surse de electroni de înaltă energie conduse de laser necesită instalații complexe și voluminoase în camerele de vid, care limitează accesul la fascicul.
Sursele de electroni MeV conduse de laser ar putea oferi noi abordări pentru tratamentul cancerului, cum ar fi terapia cu radiații FLASH, o metodă de tratare a tumorilor care sunt rezistente la radiațiile convenționale. Cu terapia FLASH, doze mari de radiații pot fi eliberate în microsecunde în loc de minute. Această viteză de livrare ajută la protejarea țesutului sănătos din jurul tumorii de efectele radiațiilor. Deși efectele FLASH nu sunt pe deplin înțelese, oamenii de știință cred că FLASH poate provoca dezoxigenarea rapidă a țesutului sănătos, reducând sensibilitatea țesutului la radiații.
Rata dozei de radiație măsurată (scara logaritmică) în funcție de distanța de la punctul focal pentru trei energii diferite ale impulsurilor laser.
„Niciun studiu nu a reușit încă să explice natura efectului flash”, a spus cercetătorul Simon Vallières, „Cu toate acestea, sursa de electroni folosită în terapia cu radiații FLASH are caracteristici similare cu cea pe care o generăm prin focalizarea intensă a laserului asupra aerului ambiental. Odată ce sursele de radiații sunt mai bine controlate, studiile ulterioare ne vor permite să investigăm cauzele efectului flash și, în cele din urmă, să oferim o radioterapie mai bună pentru pacienții cu cancer”.
Cercetătorii cred că scalabilitatea abordării lor va crește odată cu dezvoltarea continuă a laserelor cu putere medie mare din clasa mJ. Dezvoltarea rapidă a surselor de laser, care vizează energiile pulsului disponibile crescute și ratele de repetiție, ar putea permite extinderea tehnicii INRS la energii de electroni mai mari și rate de doză mai mari.
Cercetătorii au subliniat, de asemenea, importanța siguranței atunci când se confruntă cu raze laser concentrate strâns pe aerul din jur. Când au fost efectuate măsurători în vecinătatea sursei de radiații, echipa a observat rate ale dozelor de radiații de la electroni care au fost de trei până la patru ori mai mari decât cele utilizate în terapia cu radiații convențională.
„Energia observată a electronilor (MeV) le permite să se deplaseze mai mult de 3 metri în aer sau câțiva milimetri sub piele”, a spus Vallières, „ceea ce prezintă un risc de expunere la radiații pentru utilizatorii sursei de lumină laser. acest pericol de radiații este o oportunitate de a implementa practici mai sigure în laborator.”
