Ny mikrostråleudsender har potentiale til at bringe lovende form for strålebehandling i klinisk brug

(Phys.org) — Mikrostrålebehandling (MRT) giver et enormt løfte til kræftpatienter gennem sin evne til at ødelægge tumorceller og samtidig beskytte omgivende sundt væv. Alligevel har forskning i dens kliniske anvendelse været begrænset af den store størrelse af den teknologi, der kræves for at generere strålerne. Indtil nu, administration af MRT krævede massive elektronacceleratorer kendt som synkrotroner. Men med en ny mikrostråleudsender udviklet ved University of North Carolina i Chapel Hill, teknologien er blevet nedskaleret, åbne dørene for klinisk forskning.

I en undersøgelse offentliggjort online af Anvendt fysik bogstaver , et tværfagligt team ledet af fysikprofessor Otto Zhou, PhD; Strålingsonkologisk lektor X. Sha Chang, PhD; og fysikprofessor Jianping Lu, PhD, bygget en enhed ved hjælp af kulstof nanorør-baseret røntgenkilde array-teknologi udviklet på UNC, der kan generere mikrostrålestråling med lignende karakteristika som strålerne genereret af synkrotronstråling. Forskere fra Applied Sciences and Radiology ved UNC deltog også i denne undersøgelse.

Zhou, medlem af UNC Lineberger Comprehensive Cancer Center, peger på flere undersøgelser, der har vist, at mikrostrålestråling ødelagde tumorer og øgede overlevelsen med så meget som en faktor ti hos hjernetumorbærende dyr, der blev behandlet med teknikken. Selvom teknologiens potentiale er blevet bevist, den massive infrastruktur, der er nødvendig for at gennemføre undersøgelserne, har forhindret forskning i at blive forsket til klinisk brug.

"Innovationen her, hvad vi har lavet på universitetet, er at bygge udstyr, der er kompakt og potentielt kan bruges på et hospital og opnå tilsvarende terapeutisk værdi. At mikrostrålen kan levere strålingseffekten er kendt, eksperimenterne er udført, men brugen af ​​det synkrotronbaserede udstyr er ikke praktisk, " sagde Zhou.

Strålebehandling i den nuværende kliniske anvendelse bader tumorer ensartet i højdosis stråling, men toksiciteten fra strålingen begrænser størrelsen af ​​tumorer, der kan behandles sikkert. MRT doserer området med tynde parallelle strålingsplaner, op til et par hundrede mikrometer i bredden, skabe et stribet mønster af bestråling på tværs af tumoren. I forsøg med forsøgsdyr, denne tilgang fører til lavere toksicitet og evnen til sikkert at levere en meget højere dosis til behandling af radioresistente tumorer såsom hjernetumorer.

Holdet har allerede vist, at deres kompakte MRT-enhed kan generere lignende doser og fordeling af stråling i forsøgsdyr som set i synkrotron-baserede undersøgelser, i stand til præcist at levere mikrostrålestrålingen til hjernetumorstedet hos mus. Med den viden, de har påbegyndt arbejdet med at afgøre, om dyr behandlet med deres enhed viser de samme terapeutiske fordele som dem i synkrotronundersøgelserne. Det ville give forskere ved UNC og andre steder mulighed for at begynde det niveau af forskning i MRT, der er nødvendigt for at bevise, at det kan gavne menneskelige patienter.

"Forestil dig blot, hvad der kunne være den potentielle kliniske effekt. I mange tilfælde af hjernetumor hos børn, normalt er prognosen ikke god. Strålingstoksicitet for at udvikle væv er meget mere alvorlig end for voksne. Denne stråling kan kontrollere tumoren, men det skader ikke normalt væv. Det har et stort potentiale for klinisk anvendelse, " sagde Chang, medlem af UNC Lineberger.

På grund af forskernes begrænsede evne til at studere virkningerne af MRT, man ved kun lidt om, hvorfor strålingen ødelægger tumorer, men kun forårsager minimal skade på omgivende væv. En mere kompakt MRT-emitter ville give flere forskere adgang til teknologien og anspore til et større niveau af forskning i samspillet mellem stråling og biologi, ifølge Lu.

"Et af målene med forskningen er at forstå, hvorfor det virker, " sagde Lu.