A irradiação com prótons rápidos é um tratamento de câncer mais eficaz e menos invasivo do que os raios-X. No entanto, a terapia moderna de prótons requer grandes aceleradores de partículas, que tem especialistas investigando conceitos alternativos de aceleradores, como sistemas de laser para acelerar prótons. Esses sistemas são implantados em estudos pré-clínicos para preparar o caminho para a terapia de radiação ideal. Uma equipe de pesquisa liderada pelo Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) agora testou com sucesso a irradiação com prótons de laser em animais pela primeira vez, como relata o grupo na revista Nature Physics.
A radioterapia é um dos principais métodos de tratamento do câncer. Geralmente, utiliza luz de raios-X forte e focada. Prótons ? os núcleos de átomos de hidrogênio ? acelerados a altas energias e agrupados em pequenos cachos precisamente direcionáveis são uma alternativa. Eles podem penetrar profundamente no tecido onde depositam a maior parte de sua energia no tumor, destruindo o câncer e deixando o tecido circundante praticamente intacto. Isso torna o método mais eficaz e menos invasivo do que a terapia de raios-X. “O método é particularmente adequado para irradiar tumores na base do crânio, no cérebro e no sistema nervoso central”, explica a pesquisadora do HZDR, Dra. Elke Beyreuther. “Também é usado em pacientes pediátricos com câncer para reduzir possíveis efeitos a longo prazo”.
No entanto, o método é significativamente mais complexo do que a terapia de raios-X, pois requer instalações aceleradoras elaboradas para gerar os prótons rápidos e transportá-los para o paciente. É por isso que existem apenas alguns centros de terapia de prótons na Alemanha, incluindo um no Hospital Universitário de Dresden. Atualmente, especialistas estão trabalhando para melhorar cada vez mais o método e adaptá-lo aos pacientes. Aceleradores de prótons baseados em laser podem dar uma contribuição decisiva aqui.
Flashes a laser personalizados
“A abordagem é baseada em um laser de alta potência para gerar pulsos de luz fortes e extremamente curtos, que são disparados em um plástico fino ou folha de metal”, explica o físico HZDR Dr. Florian Kroll. A intensidade desses flashes arranca feixes de elétrons da folha, criando um forte campo elétrico que pode agrupar prótons em pulsos e acelerá-los para altas energias. Fascinantemente, a escala desse processo é minúscula: o caminho de aceleração tem apenas alguns micrômetros de comprimento.
“Trabalhamos no projeto há 15 anos, mas até agora os prótons não haviam captado energia suficiente para irradiação”, relata Beyreuther. “Além disso, a intensidade do pulso era muito variável, então não podíamos ter certeza de que estávamos administrando a dose certa.” Mas nos últimos anos, os cientistas finalmente conseguiram melhorias cruciais, em particular graças a uma melhor compreensão da interação entre os flashes de laser e a folha. “Acima de tudo, a forma precisa dos flashes de laser é particularmente importante”, explica Kroll. “Agora podemos adaptá-los para criar pulsos de prótons que tenham energia suficiente e também sejam estáveis o suficiente.”
Novos requisitos de pesquisa
Finalmente, os parâmetros foram otimizados ao ponto em que a equipe HZDR foi capaz de lançar uma série crucial de experimentos: a primeira irradiação controlada de tumores em camundongos com prótons acelerados por laser. Os experimentos foram realizados em cooperação com especialistas do Hospital Universitário de Dresden no OncoRay – Centro Nacional de Pesquisa em Radiação em Oncologia e comparados com experimentos comparativos na instalação convencional de terapia de prótons. ?Descobrimos que nossa fonte de prótons acionada por laser pode gerar dados biologicamente valiosos?, relata Kroll. “Isso prepara o terreno para mais estudos que nos permitirão testar e otimizar nosso método”.
Outra característica especial dos pulsos de prótons acelerados por laser é sua enorme intensidade. Enquanto na terapia convencional de prótons, a dose de radiação é administrada em poucos minutos, o processo baseado em laser pode ocorrer em um milionésimo de segundo. “Há indicações de que uma administração de dose tão rápida ajuda a poupar o tecido circundante saudável ainda melhor do que antes”, explica Elke Beyreuther. “Queremos acompanhar essas indicações com nossa configuração experimental e realizar estudos pré-clínicos para investigar quando e como esse método de irradiação rápida deve ser usado para obter vantagem na terapia do câncer”.
Publicado em 15/03/2022 23h47
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