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Gli scienziati di Brookhaven ricevono il brevetto per l'unità migliore di terapia del cancro

Quattro fisici al Dipartimento per l'energia di Stati Uniti il laboratorio nazionale (DOE) del Brookhaven hanno ricevuto no. 7.432.516 B2 di brevetto degli Stati Uniti per la progettazione “di un sincrotrone medico„ capace di consegna delle dosi di precisione di radiazione del protone ai tumori cancerogeni con danneggiamento minimo del tessuto sano circostante.

La nuova unità sarebbe più precisa e meno costosa che i sistemi attuali di Proton-terapia, potenzialmente aumentando la disponibilità ed i vantaggi di questo trattamento per i pazienti del caner universalmente. Gli scienziati di Brookhaven ora stanno cercando i partner industriali per concedere una licenza e commercializzare alla tecnologia.

“Nel regno di trattamento del cancro, terapia del protone è considerato “chirurgia senza un coltello„ perché i raggi del protone possono consegnare l'energia di cella-uccisione con precisione estrema, a differenza della radioterapia convenzionale dei raggi x,„ ha detto il fisico Stephen Peggs, uno di Brookhaven degli scienziati del cavo sul progetto. Peggs, mentre lavorando al laboratorio nazionale dell'acceleratore del Fermi della DAINA, testimoniato il completamento del primo al sincrotrone basato a ospedale della Proton-terapia della nazione, installato al centro medico del Loma Linda di California nel 1990.

“Quasi non appena il sincrotrone di Loma Linda è uscito la porta, abbiamo cominciato pensare ai modi costruire un migliore commputer,„ Peggs ha detto. La progettazione corrente - elaborata e migliorata come Peggs ed altri fisici lavorati agli acceleratori su grande scala per gli esperimenti di fisica, compreso il Collider pesante relativistico dello ione (RHIC) al laboratorio di Brookhaven - è il punto di quello sforzo.

“La nostra nuova progettazione ha miglioramenti nella tecnologia di raggio-messa a fuoco per fare il più piccolo raggio possibile graduare - cioè, “il coltello possibile più marcato, “„ ha detto Peggs. Poiché i più piccoli raggi consegnano la radiazione con precisione aumentata, questo miglioramento potrebbe avere un impatto significativo accorciando la durata del trattamento, aumentando la sua efficacia, o entrambe. La nuova progettazione egualmente promette di essere meno costosa e più affidabile, che dovrebbe aumentare la sua disponibilità.

Come funziona

L'idea dietro la radioterapia è di consegnare una dose letale di radiazione alle celle cancerogene. Nella radioterapia convenzionale dei raggi x, molte celle circostanti in buona salute egualmente sono esposte alla radiazione perché i raggi di raggi x depositano la loro energia mentre attraversano through il tessuto. Infatti, la maggior parte della dose dei raggi x è depositata vicino alla superficie dell'organismo. Sebbene le celle cancerogene tendano a potere più suscettibili degli effetti offensivi di radiazione (o meno ripararla), il danno collaterale ai tessuti sani limita i medici della dose può usare per distruggere il tumore.

La terapia di Proton offre un avanzamento sopra i raggi x convenzionali perché i raggi del protone depositano la maggior parte della loro energia dove il raggio si ferma. I sincrotroni originali di terapia del protone sono stati destinati per consegnare le dosi di cella-uccisione di radiazione ai tumori in tre dimensioni mirando i raggi del protone dalle direzioni multiple per fermarsi alla profondità del tessuto del tumore. Che l'ottimizzazione di precisione permette che medici consegnino le dosi elevate alle celle del tumore mentre risparmia il tessuto circostante sano.

Ma gli acceleratori sono spesso costosi costruire e difficile da mantenere, spiegando perché i principi di progettazione per agli gli acceleratori basati a ospedale devono essere modificati radicalmente e perché relativamente pochi ospedali li hanno. La nuova progettazione dell'acceleratore elaborata dal gruppo di Brookhaven offre due vantaggi principali: “riciclaggio della rapida„ e “messa a fuoco forte.„

Il riciclaggio della rapida permette che i raggi del protone siano iniettati ed estratto dal sincrotrone in appena uno giri intorno l'acceleratore di particelle circolare. A differenza dei commputer più in anticipo, che il multiplo richiesto gira, questo elimina la necessità per i sistemi di feedback sensibili di gestire le correnti del raggio.

“Questo rende il commputer più robusto ed affidabile per funzionare. È più di un'operazione chiavi in mano,„ Peggs ha detto. “Accendala e comincia coerente su come un trasformatore, piuttosto che inizializzando su come un PC.„

La forte messa a fuoco si riferisce alla capacità di modellare il raggio del protone e di tenerlo messo a fuoco per segnare le dimensioni con esattezza. Contrariamente al commputer di Loma Linda, in cui i raggi misurano fino ad un centimetro attraverso, la nuova progettazione può raggiungere i raggi stretti quanto un millimetro.

L'accuratezza puntuale diminuisce il danno collaterale e concede a medici la più flessibilità nelle dosi che usano. Le dosi elevate hanno potuto rendere la terapia più efficace, possibilmente nei meno trattamenti.

La dimensione compatta del raggio ha altri vantaggi pure: più piccole componenti (raggio convoglia, magneti, ecc.) per l'intera unità. Quello rende tutto più leggero e meno costoso, Peggs ha detto. Più di piccola dimensione egualmente eliminerà l'esigenza del raffreddamento ad acqua la maggior parte dei magneti; il raffreddamento a aria sarà sufficiente. Che aggiunge a ancor più riduzioni dei costi.

“La nostra più grande sfida ora è di trovare i partner in un consorzio industriale per aiutarci a costruire uno di questi nuovi commputer,„ ha detto Peggs. “Fa parte della nostra missione poichè un laboratorio nazionale per un i gruppi e per rispondere alle esigenze nazionali in termini di trasferimento di tecnologia. Contribuiremmo a sviluppare i punti in primo luogo specializzati e alta tecnologia, ma la maggior parte di un acceleratore è fatto dalla tecnologia convenzionale e quello può essere fattoe dall'industria. Così stiamo cercando un consorzio per vedere questo movimento nel settore commerciale - ed ospedali attraverso il paese,„ ha detto.

Oltre a Peggs, Michael Brennan, Joseph Tuozzolo ed Alexander Zaltsman, tutto nel dipartimento dell'Collider-Acceleratore del laboratorio di Brookhaven, hanno collaborato sul progetto. Le loro idee e progettazioni staccano direttamente dalla loro esperienza che lavora agli acceleratori di particelle per gli esperimenti di fisica.

“È il fatto che facciamo la scienza per gli acceleratori come RHIC che permette che noi facciamo questo per le applicazioni mediche,„ Peggs ha detto.

Il lavoro dei fisici a RHIC e sullo sviluppo del sincrotrone medico migliore è supportato dall'ufficio della DAINA di scienza (ufficio di fisica nucleare).