A nova tecnologia baseada em acelerador que está sendo desenvolvida pelo Laboratório Nacional do Acelerador SLAC do Departamento de Energia e pela Universidade de Stanford visa reduzir os efeitos colaterais da radioterapia contra o câncer diminuindo sua duração de minutos para menos de um segundo. Construído em futuros dispositivos médicos compactos, a tecnologia desenvolvida para a física de alta energia também pode ajudar a tornar a radioterapia mais acessível em todo o mundo.

Agora, a equipe SLAC / Stanford recebeu financiamento crucial para prosseguir com dois projetos para desenvolver possíveis tratamentos para tumores - um usando raios-X, o outro usando prótons. A ideia por trás de ambos é explodir as células cancerosas tão rapidamente que os órgãos e outros tecidos não tenham tempo para se mover durante a exposição - muito parecido com a captura de um único quadro congelado de um vídeo. Isso reduz a chance de que a radiação atinja e danifique o tecido saudável ao redor dos tumores, tornando a radioterapia mais precisa.

"Aplicar a dose de radiação de uma sessão inteira de terapia com um único flash com duração inferior a um segundo seria a melhor maneira de gerenciar o movimento constante de órgãos e tecidos, e um grande avanço em comparação com os métodos que usamos hoje, "disse Billy Loo, um professor associado de oncologia de radiação na Stanford School of Medicine.

Sami Tantawi, professor de física de partículas e astrofísica e cientista-chefe da Divisão de Pesquisa do Acelerador de RF na Diretoria de Inovação Tecnológica do SLAC, que trabalha com Loo em ambos os projetos, disse, "Para fornecer radiação de alta intensidade com eficiência suficiente, precisamos de estruturas aceleradoras centenas de vezes mais poderosas do que a tecnologia atual. O financiamento que recebemos nos ajudará a construir essas estruturas. "

Explodindo câncer com raios-X

O projeto denominado PHASER desenvolverá um sistema de liberação de flash para raios-X.

Nos dispositivos médicos de hoje, elétrons voam através de uma estrutura aceleradora semelhante a um tubo com cerca de um metro de comprimento, obter energia de um campo de radiofrequência que viaja pelo tubo ao mesmo tempo e na mesma direção. A energia dos elétrons é então convertida em raios-X. Ao longo dos últimos anos, a equipe PHASER desenvolveu e testou protótipos de aceleradores com formatos especiais e novas formas de alimentar campos de radiofrequência no tubo. Esses componentes já estão funcionando conforme previsto por simulações e abrem caminho para designs de aceleradores que suportam mais potência em um tamanho compacto.

"Próximo, vamos construir a estrutura do acelerador e testar os riscos da tecnologia, que, em três a cinco anos, pode levar a um primeiro dispositivo real que pode eventualmente ser usado em ensaios clínicos, "Tantawi disse.

O Departamento de Oncologia de Radiação de Stanford fornecerá cerca de US $ 1 milhão no próximo ano para esses esforços e apoiará uma campanha para arrecadar mais financiamento para pesquisa. O Departamento de Radiação Oncológica, em colaboração com a Escola de Medicina, também estabeleceu o Radiation Science Center com foco no tratamento de radiação de precisão. Sua divisão PHASER, co-liderado por Loo e Tantawi, visa transformar o conceito PHASER em um dispositivo funcional.

Tornando a terapia de prótons mais ágil

Em princípio, os prótons são menos prejudiciais ao tecido saudável do que os raios X porque depositam sua energia de matar o tumor em um volume mais confinado dentro do corpo. Contudo, a terapia de prótons requer grandes instalações para acelerar os prótons e ajustar sua energia. Ele também usa ímãs pesando centenas de toneladas que se movem lentamente ao redor do corpo do paciente para guiar o feixe até o alvo.

"Queremos criar maneiras inovadoras de manipular o feixe de prótons que tornará os dispositivos futuros mais simples, mais compacto e muito mais rápido, "disse Emilio Nanni, um cientista da equipe do SLAC, que lidera o projeto com Tantawi e Loo.

Essa meta poderá em breve estar ao nosso alcance, graças a uma concessão recente de US $ 1,7 milhão do programa DOE Office of Science Accelerator Stewardship para desenvolver a tecnologia nos próximos três anos.

"Agora podemos avançar com o design, fabricar e testar uma estrutura aceleradora semelhante à do projeto PHASER que será capaz de direcionar o feixe de prótons, sintonizando sua energia e fornecendo altas doses de radiação praticamente instantaneamente, "Nanni disse.

Rápido, eficaz e acessível

Além de tornar a terapia do câncer mais precisa, a aplicação instantânea de radiação também parece ter outros benefícios.

"Vimos em ratos que as células saudáveis ​​sofrem menos danos quando aplicamos a dose de radiação muito rapidamente, e ainda o efeito de eliminação do tumor é igual ou até um pouco melhor do que o de uma exposição convencional mais longa, "Loo disse." Se o resultado for válido para os humanos, seria um paradigma totalmente novo para o campo da terapia de radiação. "

Outro objetivo importante dos projetos é tornar a radioterapia mais acessível para pacientes em todo o mundo.

Hoje, milhões de pacientes em todo o mundo recebem apenas cuidados paliativos porque não têm acesso à terapia contra o câncer, Loo disse. "Esperamos que nosso trabalho contribua para tornar o melhor tratamento possível disponível para mais pacientes em mais lugares."

É por isso que a equipe está se concentrando em projetar sistemas compactos, eficiente em energia, econômico, eficiente para usar no ambiente clínico, e compatível com a infraestrutura existente em todo o mundo, Tantawi disse:"O primeiro projeto de acelerador linear médico amplamente usado foi inventado e construído em Stanford nos anos que antecederam a construção do SLAC. A próxima geração pode ser uma verdadeira virada de jogo - na medicina e em outras áreas, como aceleradores para lasers de raios-X, colisores de partículas e segurança nacional. "

Peter Maxim em Stanford (agora diretor de física de radiação oncológica na Universidade de Indiana) é um co-inventor do PHASER e fez contribuições importantes para ambos os projetos. Membros adicionais da equipe de terapia de prótons são Reinhard Schulte da Loma Linda University e Matthew Murphy da Varian Medical Systems.