急速陽子線照射は、X 線よりも効果的で低侵襲ながん治療法です。 しかし、現代の陽子線治療には大粒子のガスペダルが必要であるため、専門家は陽子線を加速するレーザーシステムなど、代替のガスペダルの概念を研究しています。 このようなシステムは前臨床研究に導入され、最適な放射線治療への道を切り開きます。 ヘルムホルツ・ツェントルム・ドレスデン・ロッセンドルフ（HZDR）率いる研究グループは、動物へのレーザー陽子照射の実験に初めて成功し、その報告書がNature Physics誌に掲載された。
放射線療法は主要ながん治療法の 1 つです。 通常、強力で集中した X 線が使用されます。 水素原子の原子核である陽子を高エネルギーまで加速し、正確に標的を絞った小さなビームに束ねるという選択肢もあります。 それらは腫瘍組織の奥深くまで浸透し、そこでエネルギーの大部分を蓄え、周囲の組織をほとんど無傷のまま残しながら癌を破壊します。 これにより、この方法は X 線療法よりも効果的で侵襲性が低くなります、と HZDR の研究者であるエルケ・ベイロイター博士は説明します。「この方法は、頭蓋底、脳、中枢神経の腫瘍の照射に特に適しています」このシステムは、長期的な影響の可能性を最小限に抑えるために小児がん患者にも使用されています。」
ただし、この方法は高速陽子線を生成して患者に伝達するための高度なアクセルペダル装置を必要とするため、X 線治療よりもはるかに複雑です。 ドイツに陽子線治療センターが数えるほどしかないのはこのためです。 専門家は現在、この方法を患者に適したものにするために着々と改良を進めています。 レーザーベースのプロトンガスペダルは、この点で決定的な貢献をすることができます。
カスタマイズされたレーザーシンチレーション
HZDR の物理学者であるフロリアン・クロール博士は、「この方法は、プラスチックまたは金属箔の薄い層に照射される高出力レーザーによる強力で非常に短い光パルスの生成に基づいています。」と説明しています。 これらのフラッシュの強度によって電子がフォイルから叩き出され、陽子をパルス状にビームして高エネルギーに加速できる強力な電場が生成されます。 興味深いことに、プロセスの規模は非常に小さく、加速経路の長さはわずか数マイクロメートルです。
「私たちはこのプロジェクトに15年間取り組んできましたが、これまでのところ、陽子は照射するのに十分なエネルギーを獲得していません。」 バイロイター氏は、「さらに、パルス強度の変動が大きすぎるため、適切な線量を投与しているかどうか確信が持てない」と述べている。 ここ数年で、特にレーザーフラッシュとフォイルの間の相互作用の理解が深まったことにより、科学者たちはついに重要な進歩を遂げました。 「最も重要なことは、レーザーフラッシュの正確な形状が特に重要であり、十分なエネルギーと十分な安定性を備えた陽子パルスを生成するようにレーザーフラッシュを調整できるようになりました。」 研究者らは説明した。
アクセルペダルの準備とビーム照射の安定性。
新たな研究ニーズ
パラメーターが最適化されたことで、HZDR チームは一連の重要な実験、つまりレーザー加速陽子を使用したマウス腫瘍への最初の制御照射を開始できるようになりました。 これらの実験は、オンコレイにあるドレスデン大学病院（国立腫瘍学放射線研究センター）の専門家と協力して実施され、従来の陽子線治療施設での比較実験と比較してベンチマークが行われました。 「レーザー駆動陽子源が生物学的に貴重なデータを生成できることがわかり、これによりさらなる研究の基礎が築かれ、アプローチをテストして最適化することができました。」
レーザー加速陽子パルスのもう 1 つの特徴は、その強さです。 従来の陽子線治療では放射線量が数分で照射されるのに対し、レーザーベースのプロセスは100万分の1秒で完了します」とエルケ・バイロイターは説明する。周囲の健康な組織が以前よりもさらに良くなりました。 私たちは実験装置を使ってこれらの兆候を追跡調査し、前臨床研究を実施して、この急速照射法をいつ、どのように使用してがん治療における利点を得ることができるかを調査したいと考えています。」
