Xạ trị sử dụng proton nhanh là phương pháp điều trị ung thư mang lại hiệu quả cao mà ít xâm lấn bức xạ hơn các phương pháp xạ trị truyền thống. Tuy nhiên, xạ trị proton hiện tại đòi hỏi phải có hệ thống máy gia tốc hạt năng lượng cao, chi phí và quy mô lớn. Để giải quyết vấn đề đó, các nhà khoa học đã nghiên cứu các công cụ thay thế máy gia tốc, điển hình mới đây là công nghệ laser tăng tốc hạt proton. Đây sẽ là công cụ nhiều tiềm năng triển khai trong các nghiên cứu tiền lâm sàng để mở rộng phát triển các liệu pháp xạ trị tối ưu sau này. Lần đầu tiên, một nhóm nghiên cứu do Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) dẫn đầu hiện đã thử nghiệm thành công xạ trị proton sử dụng laser thay máy gia tốc trên động vật.
Xạ trị là một trong những phương pháp điều trị ung thư chính hiện nay. Phương pháp này sử dụng các hạt hoặc sóng có năng lượng cao như: tia X, tia Gamma, các chùm tia điện tử, proton… để tiêu diệt hoặc phá hỏng các tế bào ung thư. Các proton hạt nhân của nguyên tử hydro được gia tốc đến năng lượng cao và được định tuyến thành các chùm nhỏ, có thể nhắm chính xác mục tiêu. Đây là phương pháp hiện đại có thể thay thế các phương pháp xạ trị truyền thống. Proton xâm nhập sâu vào mô, tích tụ hầu hết năng lượng trong khối u, tiêu diệt tế bào ung thư mà hầu như không gây ảnh hướng đến các mô xung quanh. Điều này giúp xạ trị proton trở lên hiệu quả hơn và ít xâm lấn hơn so với xạ trị truyền thống. Nhà nghiên cứu của HZDR, Tiến sĩ Elke Beyreuther, giải thích: “Phương pháp này đặc biệt thích hợp để tiêu diệt các khối u ở đáy hộp sọ, sâu trong não và trong hệ thần kinh trung ương. Nó cũng được sử dụng ở bệnh nhân ung thư là trẻ em nhằm giảm các tác động lâu dài có thể xảy ra.”
Nguyên lý cơ bản của phương pháp gia tốc proton bằng công nghệ laser
Tuy nhiên, phương pháp này phức tạp hơn nhiều so với xạ trị truyền thống vì đòi hỏi các công cụ gia tốc phức tạp để tạo ra các proton nhanh và chiếu đến bệnh nhân. Đây là lý do tại sao hiện trên thế giới chỉ có số ít trung tâm có thể sử dụng xạ trị. Bởi vậy, các nhà nghiên cứu đã và đang làm việc để dần dần cải tiến phương pháp và thích ứng với bệnh nhân. Máy gia tốc proton dựa trên công nghệ laser là một khám phá mới đầy hứa hẹn.
Thiết bị laser
Tiến sĩ Florian Kroll, nhà vật lý thuộc HZDR giải thích: “Phương pháp này dựa trên tia laser công suất cao để tạo ra các xung ánh sáng mạnh và bước sóng cực ngắn, bắn vào một lá kim loại hoặc nhựa mỏng”. Cường độ của những tia này đánh bật các electron ra khỏi bia, tạo ra một điện trường mạnh tác động đến các proton thành xung và gia tốc chúng lên mức năng lượng cao. Ưu điểm của hệ thống này là có quy mô rất nhỏ: Đường gia tốc chỉ dài vài micromet.
Phương pháp này được các nhà khoa học nghiên cứu trong hơn 15 năm và trong vài năm gần đây đã đạt được những cải tiến quan trọng, đặc biệt là nhờ sự hiểu biết tốt hơn về quá trình tương tác giữa tia sáng laser và bia. Kroll giải thích: “Đường chiếu chính xác của tia laser đóng vai trò đặc biệt quan trọng. Nhờ công nghệ tiên tiến, việc điều chỉnh đường chiếu đó trở nên dễ dàng và chính xác hơn, bởi vậy có thể tạo ra các xung proton đủ năng lượng và đủ ổn định hơn.
Khám phá mới
Các thông số công nghệ đã được tối ưu hóa đến mức nhóm HZDR có thể khởi động một loạt thí nghiệm và lần đầu tiên có thể kiểm soát, chiếu xạ các khối u ở chuột bằng proton được gia tốc bằng laser. Các thí nghiệm được thực hiện với sự hợp tác của các chuyên gia từ Bệnh viện Đại học Dresden tại OncoRay, Trung tâm Nghiên cứu Bức xạ Quốc gia về Ung thư học và được chuẩn hóa với các thí nghiệm so sánh tại cơ sở xạ trị proton thông thường. Điều này tạo tiền đề cho các nghiên cứu sâu hơn và cho phép thử nghiệm, tối ưu hóa phương pháp, mở ra tiềm năng ứng dụng lâm sàng đối với con người.
Một tính năng đặc biệt khác của các xung proton được gia tốc bằng laser là cho ra cường độ rất lớn. Trong khi điều trị bằng proton thông thường, liều bức xạ được sử dụng trong khoảng thời gian vài phút, thì phương pháp này chỉ cần một phần triệu giây. Việc sử dụng liều lượng như vậy sẽ giúp giải phóng các mô khỏe mạnh xung quanh, ít gây xâm lấn hơn nhiều lần.
Từ khóa: Xạ trị proton; laser; máy gia tốc hạt;
– CMD&DND –
