Science >> Wetenschap >  >> Fysica

Ultrasnelle lasertechnologie zou een verbeterde behandeling van kanker kunnen bieden

Experimentele opstelling. Een ultrakorte, infrarode laserpuls wordt strak in de omgevingslucht gefocusseerd en genereert hoge doses ioniserende straling. Credit:Simon Vallières (INRS)

Ultrasnelle lasertechnologie blijft verrassen. Hoewel onderzoek op dit gebied op het eerste gezicht nogal abstract lijkt, leidt het vaak tot concrete toepassingen. Dit geldt met name in de gezondheidszorg, waar de technologie kan worden gebruikt om bepaalde vormen van kanker te behandelen.



Deze toepassing werd ontdekt door het onderzoeksteam van het Advanced Laser Light Source Laboratory (ALLS) van het Institut national de recherche scientifique (INRS), naar aanleiding van recent werk onder leiding van professor en directeur van het Énergie Matériaux Télécommunications Research Centre (EMT Centre), François Legaré.

Dit werk is het resultaat van samenwerking met medisch fysici van het McGill University Health Center (MUHC). De studie van het team, gepubliceerd in het tijdschrift Laser &Photonics Reviews , presenteert resultaten die bepaalde kennis over krachtige laserpulsen in twijfel trekken – kennis die gemeengoed was geworden in de wetenschappelijke gemeenschap.

"Voor de eerste keer hebben we aangetoond dat, onder bepaalde omstandigheden, een laserstraal die strak gefocusseerd is in de omgevingslucht, elektronen kan versnellen die energieën bereiken in het MeV-bereik (mega-elektronvolt), dezelfde orde van grootte als sommige bestralers die worden gebruikt bij bestralingstherapie voor kanker. " zegt François Légaré, directeur van het EMT-centrum bij INRS.

Het was algemeen bekend dat het focusseren van een laserpuls van voldoende hoge intensiteit in de omgevingslucht een plasma op het brandpunt zou genereren. Dit plasma fungeert als een bron van elektronen die kunnen worden versneld tot energieën van maximaal enkele keV (kilo-elektronvolt). Tot voor kort was het vanwege een fysieke beperking niet mogelijk om hogere energieën in de omgevingslucht te bereiken.

Het onderzoeksteam kon aantonen dat elektronen die in de omgevingslucht worden versneld, energieën kunnen bereiken in het MeV-bereik (mega-elektronvolt), of ongeveer 1000 keer groter dan deze voorheen onoverkomelijke limiet.

Gemeten stralingsdosissnelheid (in logschaal) als functie van de afstand tot het brandpunt, voor drie verschillende laserpulsenergieën. Credit:Simon Vallières (INRS)

Betere behandeling van kanker

De doorbraak van het team van het EMT-centrum van INRS opent de deur naar grote vooruitgang in de medische fysica. Een goed voorbeeld is FLASH-radiotherapie, een nieuwe benadering voor de behandeling van tumoren die resistent zijn tegen conventionele radiotherapie.

Het is een techniek waarmee in extreem korte tijd (microseconden in plaats van minuten) hoge doses straling kunnen worden afgegeven. Hierdoor wordt het gezonde weefsel rond de tumor beter beschermd. Dit FLASH-effect wordt nog steeds slecht begrepen in onderzoek, maar lijkt een snelle deoxygenatie van gezonde weefsels met zich mee te brengen, waardoor hun gevoeligheid voor straling afneemt.

"Geen enkele studie heeft de aard van het FLASH-effect kunnen verklaren. De elektronenbronnen die bij FLASH-radiotherapie worden gebruikt, hebben echter vergelijkbare kenmerken als degene die we produceerden door onze laser sterk in de omgevingslucht te richten. Zodra de stralingsbron beter onder controle is, kunnen verdere onderzoek zal ons in staat stellen te onderzoeken wat het FLASH-effect veroorzaakt en uiteindelijk betere bestralingsbehandelingen aan kankerpatiënten aan te bieden", zegt Simon Vallières, postdoctoraal onderzoeker en eerste auteur van het onderzoek.

Veiliger gebruik

Deze ontdekking heeft concrete implicaties. Ten eerste vereist het extra voorzichtigheid bij het omgaan met laserstralen die strak gebundeld zijn in de omgevingslucht.

"Dankzij de waargenomen elektronenenergieën (MeV) kunnen ze meer dan drie meter in de lucht reizen, of enkele millimeters onder de huid. Dit brengt een risico met zich mee voor blootstelling aan straling voor gebruikers van de laserbron", legt Simon Vallières uit.

Bovendien heeft het team, door metingen in de buurt van de bron uit te voeren, een hoge stralingsdosis van elektronen waargenomen:drie tot vier keer groter dan die gebruikt bij conventionele bestralingstherapie.

"Het blootleggen van dit stralingsgevaar is een kans om veiligere praktijken in laboratoria te implementeren", zegt Simon Vallières. De jonge onderzoeker merkt op dat het omgaan met zeer gerichte laserstralen in de omgevingslucht zorgvuldig moet gebeuren en dat wetenschappers blootstelling aan hoge doses straling moeten vermijden, aangezien deze schadelijk zijn voor de gezondheid.

Meer informatie: Simon Vallières et al, MeV-elektronenbundel met hoge dosissnelheid van een strak gefocuste femtoseconde IR-laser in de omgevingslucht, Laser- en fotonicarecensies (2023). DOI:10.1002/lpor.202300078

Aangeboden door het Institut national de la recherche scientifique




Meer >

Meer >

Hoofdlijnen

  1. Wat zijn 3 functies van de navelstreng?
  2. Hoe het brein van Albert Einstein werkte
  3. Vrouwelijke mangoesten helpen hun pups door rivalen te verdrijven
  4. Nucleïnezuurfuncties
  5. Zaden van verandering voor Dijon-mosterd bij tekort
  6. Wetenschappers dringen aan op bedreigde lijst van cheeta's
  7. Team ontwikkelt technologie voor de productie van bioplastics uit landbouw- en voedselbijproducten
  8. Wereldwijde studie onthult groot vastgesteld netto risico voor zeldzame, gekoesterde NZ pinguïn
  9. Hoe zou zout Gist beïnvloeden?

Wetenschap