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La nueva metodología habilita la búsqueda en tiempo real de la química de radiación inducida del protón en agua

La terapia del protón es una forma prometedora de la radioterapia usada para matar a las células cacerígenas y para parar efectivo su reproducción rápida. Mientras que este tratamiento se puede también entregar en diversas modalidades (es decir los electrones y las radiografías), la terapia del protón limita daño al tejido sano por energía de depósito en un volumen altamente localizado de la dosis.

La comprensión fundamental para la terapia del protón se contiene en la química de agua inducida por radiación que ocurre inmediatamente después de la acción recíproca. Esto es porque tanto como el de 66 por ciento una radiación depositada en un volumen del tumor es absorbida inicialmente por las moléculas de agua en las células cancerosas. Los procesos de seguimiento son por lo tanto un tema del considerable interés científico.  

“Es en esos niveles fundamentales que las semillas para la química de radiación subsiguiente están sembradas,” explicó a Brendan Dromey, el investigador del guía en este proyecto y programa de lectura en el centro para la física de plasma en la universidad de reina Belfast. “Y es allí de ése que podemos comenzar para construir modelos a partir de los primera principios que permitirán que ganemos una comprensión completa de cómo éstos los procesos tempranos afectan final a muerte celular del tumor.”

Cuando los protones enérgicos entran en el agua, pueden ionizar las moléculas de agua que generan electrones libres. En la reacción, las moléculas de agua próximas pueden cambio de modo que sus lados positivos Oriente hacia estos electrones liberados y blindan su carga negativa. Hasta la fecha, la metodología para vigilar los primeros tiempos de este proceso confió en “técnicas indirectas del barrido.” Esto, sin embargo, requiere el uso de los añadidos químicos que aumentan simultáneamente la complejidad de la observación. La nueva aproximación substituye los limpiadores químicos para un montaje experimental con la resolución temporal aumentada.

Dromey y sus colegas en Suecia, Alemania e Irlanda del Norte describen su trabajo esta semana en las cartas de la física aplicada del gorrón, de publicar del AIP.

“Para utilizar una analogía de la fotografía, la metodología existente tenía una resolución de tiempo que funcionó como una cámara con velocidad de obturador lenta. Si progresaran los procesos, tales como estos cambios químicos iniciales, rápidamente, la velocidad de obturador lenta significó que una no capturaría los detalles del movimiento y la imagen generada sería enmascarada. El nuevos montaje y metodología que contorneamos en nuestro artículo opera como una cámara con una velocidad de obturador rápida. Permite que capturemos la evolución química rápida en alto detalle,” Dromey dijo.

“Puesto que nuestra metodología no utiliza las substancias químicas del barrido, podemos trabajar con las moléculas de agua en un ambiente prístino, controlado. Por otra parte, nuestra técnica ofrece una resolución de tiempo fundamental que sea menos que un picosegundo o un trillonésimo de un segundo. Incluso cuando descomponemos en factores en diagnósticos, la resolución de tiempo es menos de cinco picosegundos. Podemos ahora rastrear la química de radiación que sigue la ionización inicial de las moléculas de agua como revelan en tiempo real,” Dromey dijo, cuya investigación también es financiada por la ingeniería y el Consejo de Investigación de las ciencias físicas en el Reino Unido.

“Dos innovaciones importantes explican esta mejoría. Primero, utilizamos explosiones de los protones acelerados por la instalación del laser del poder más elevado TARANIS en la universidad de reina Belfast. La aceleración del sub-picosegundo de una población inicialmente fría del protón permiso la generación de un pulso ultrarrápido con la extensión inherente inferior la termal. En segundo lugar, utilizamos el mismo laser para generar el pulso de protones y la antena que permite que rastreemos el progreso de la química de radiación. Esto elimina la inestabilidad eléctrica que uno encuentra en más tradicional, los sistemas basados cavidad de la radiofrecuencia,” Dromey dijo. “Que dijo, es importante observar que en términos de estabilidad de la energía y calidad del haz hay revelado todavía importante requerido para que los aceleradores laser-basados igualen el funcionamiento de estas máquinas.”

Lovisa Senje, estudiante doctoral del departamento de la física en la universidad y el autor importante de Lund en el papel, adicional, “los pulsos ultracortos del protón producidos en nuestro montaje experimental, conjuntamente con el número elevado de protones por pulso, lleva a una posibilidad única de estudiar cómo el agua reacciona a la irradiación extrema por los protones. Podemos ver real que bajo estas condiciones los procesos que siguen la deposición de la energía de protones en cambio del agua.”

“Una de las cosas más interesantes que hemos descubierto con la ventaja de una mejor resolución temporal somos que aparece ser un retraso en la formación de la banda de amortiguación de electrones solvatados después de exposición a los protones,” Dromey dijo. “Esto era asombrosamente porque la última investigación sugiere que usted no vea típicamente este retraso cuando usted expone las moléculas de agua a las radiografías o a los electrones. Nuestro trabajo futuro se centrará en sistemáticamente la exploración de este retraso más lejos.”