Succesul fizicienilor ce ar putea revoluționa medicina oncologică. „Pentru prima dată, putem vorbi cu adevărat despre asta”
Un succes al unei echipe de fizicieni ar putea revoluționa medicina oncologică. Aceștia au explicat cum ar putea fi tratați numeroși pacienți diagnosticați cu neoplazii.
Ce au reușit să facă fizicienii
Fizicienii specializați în studiul particulelor au anunțat demonstrarea unui nanoaccelerator care folosește lasere pentru a împinge electronii la viteze mari. Deși aparatele minuscule ca acestea nu le vor înlocui prea curând pe cele uriașe, ar putea face ca tratamentele medicale să fie mult mai bine direcționate.
Pe lângă acceleratoarele de particule gigantice, cum ar fi cel de la Organizația Europeană pentru Cercetare Nucleară (CERN), există o varietate de acceleratoare mai mici, până la cele care pot muta particule încărcate la viteze mai modeste.
Acestea trebuie să fie atât de mari pentru că folosesc unde de frecvență radio, ale căror lungimi de undă sunt prea îndepărtate pentru orice altceva mai scurt, pentru a face accelerarea.
Într-o epocă a miniaturizării, fizicienii au visat ca acestea să devină mai mici, folosind lumina optică ca forță pentru a economisi bani și energie. Până acum, câștigurile de energie obținute pe dispozitive microscopice au fost însă prea mici pentru a fi utile.
Acum, echipe de la Freidrich-Alexander-Universität (FAU) și Stanford susțin fiecare că au furnizat cantități utile de energie folosind acceleratoare de particule abia suficient de mari pentru a fi văzute. Pentru a face acest lucru, ele au trebuit să combine progresele recente cu o idee cândva populară, care a fost mai recent neglijată.
Cum ar putea fi folosit în medicină succesul fizicienilor
Acceleratoarele nanofotonice, cunoscute și sub numele de acceleratoare laser dielectrice, au o lungime mai mică de o jumătate de milimetru și împing electronii pe un canal cu lățimea de 225 nanometri. Rafalele foarte scurte de impulsuri laser accelerează particulele.
Spre deosebire de suprafețele metalice, care nu pot face față unor lungimi de undă mai mici decât spectrul radio, materialele dielectrice pot funcționa cu lumină optică.
„Aplicația de vis ar fi plasarea unui accelerator de particule pe un endoscop pentru a putea administra radioterapie direct în zona afectată din organism„, a declarat doctorul Tomas Chlouba de la FAU într-un comunicat.
Chlouba și coautorii recunosc că nu au ajuns încă acolo, dar susțin că au făcut progrese majore. „Pentru prima dată, putem vorbi cu adevărat despre un accelerator de particule pe un cip”, a declarat Dr. Roy Shiloh.
Specialiștii au folosit focalizarea cu fază alternantă (APF), o abordare cu care fizicienii s-au jucat atunci când au construit primele acceleratoare. Legile fizice dictează că este imposibil să se concentreze particule încărcate în toate cele trei direcții în același timp.
APF ocolește această problemă prin utilizarea laserelor pentru a focaliza un grup de electroni într-o dimensiune, permițându-le în același timp să se defocalizeze în alta, înainte de a inversa dimensiunile. Efectul net este de a focaliza în ambele direcții și poate fi repetat până când particulele sunt strâns grupate.
Următorul obiectiv stabilit de fizicieni
În urmă cu doi ani, echipa FAU a arătat că, prin trecerea electronilor între o serie de piloni, electronii pot fi focalizați sau defocalizați în mod repetat în celule succesive pe o scară de timp aproape inimaginabil de scurtă.
„Cu titlu de comparație, marele accelerator de hadroni de la CERN utilizează 23 de astfel de celule într-o curbă de 2.450 de metri. Nanostructura noastră folosește cinci celule cu acțiune similară în doar 80 de micrometri”, a spus atunci doctorul Johannes Illmer.
Acum, echipa FAU a construit un accelerator de particule complet funcțional pe un cip folosind această tehnică, adăugând 12 kiloelectroni volți, o creștere de 43% a energiei pentru electronii implicați.
Următorul obiectiv este de a crește acest câștig de energie până la punctul în care să poată fi utilizat în medicină, cum ar fi pentru iradierea tumorilor, ceea ce va necesita o creștere de 100 de ori a energiei. „Va trebui să extindem structurile sau să plasăm mai multe canale unul lângă altul”, a declarat Chlouba.