טכניקות טיפול בקרינה נמצאות בשימוש במשך יותר ממאה שנה לטיפול בסרטן. פיזיקאים בקבוצת גלאי קרינה והדמיה ומזוהים עם מרכז המחקר והחדשנות הביו-רפואי (BRIC) במתקן האצה הלאומי תומס ג'פרסון של משרד האנרגיה של מחלקת האנרגיה של ארה"ב שוקדים כבר כמה שנים על שיפורים בטכנולוגיה של טיפול בקרינה בשיתוף עם מכון הסרטן של אוניברסיטת המפטון. (HUPCI). כעת, פיזיקאים של BRIC משיקים מחקר כיצד לקדם סוגים שונים של טיפולי הקרנות.
מדעני BRIC מתכננים להעריך את היכולת של טיפול פרוטונים מבוסס מאיץ, כמו זה המוצע במקום על ידי HUPCI, להחליף טיפולים באמצעות מקורות רדיואקטיביים, כגון קובלט-60, כדי להפחית סיכונים רדיולוגיים פוטנציאליים שיכולים להיות קשורים לאיזוטופים כאלה.
מי שעומד בראש המחקר הוא קמרון קלארק, מדען צוות מעבדת ג'פרסון שפיתח את ההצעה בשיתוף עם הקולגות מייקל דיון ואריק כריסטי.
כמדען בתחילת הקריירה שזה עתה הצטרף למעבדה כחבר צוות שפועל באופן מפורש לקידום יוזמת ה-BRIC, אני מאוד נרגש לקבל את האור הירוק הזה מה-DOE. אני גם נרגש מהאופן שבו היצירה של הפרויקט הזה משקפת את היעילות של הגישה השיתופית הכלל-מעבדתית ש-BRIC שואפת להקל, ואני לא יכול לחכות להמשיך ולרדוף אחרי הקשרים האלה כשאני צולל לתוך המחקר."
קמרון קלארק, מדען צוות מעבדת ג'פרסון
מדענים ב-BRIC משתפים פעולה עם שותפים במגזר הפרטי והציבורי כדי לסייע בפיתוח של מכשירים ומערכות חדשים המיישמים את הידע של המעבדה, ועשרות שנים של מומחיות ברמה עולמית, עם מאיצי חלקיקים וגלאים.
בין החידושים הקשורים ל-BRIC של מעבדת ג'פרסון נמצאים מכשירי הדמיה מתקדמים ברפואה גרעינית לזיהוי טוב יותר של סרטן; שימוש בקרני אלקטרונים לטיפול במים; ופיתוח גלאי הדמיית קרינה למחקר ביולוגיה של צמחים כדי לסייע במציאת דרכים לייעל את פרודוקטיביות הצמח, פיתוח דלק ביולוגי וסגירת פחמן בביומסה.
יתרונות וחסרונות
המחקר החדש ממומן על ידי המשרד לביטחון רדיולוגי (ORS) של DOE National Nuclear Security Administration ויימשך עד שנת הכספים 2025. ORS מתמקדת באבטחה רדיולוגית עולמית ומקדמת טכנולוגיות חלופיות להפחתת השימוש במכשירים המבוססים על מקור רדיואקטיבי כצורה. של הפחתת סיכון לצמיתות.
טיפול בקרינה חיצונית הוא שימוש בקרינה חיצונית כדי לעבור דרך הגוף ולהפקיד אנרגיה לאיברים פנימיים. ניתן לעשות זאת באמצעות קרני רנטגן, קרני גמא או חלקיקים תת-אטומיים כגון אלקטרונים, נויטרונים או פרוטונים.
טיפול בפרוטונים הוא שימוש בקרן פרוטונים חיצונית, בדומה לזה שבמתקן המשתמש של משרד ה-DOE Office of Science במעבדת ג'פרסון, מתקן המאיץ של קרן אלקטרונים מתמשכת, המשמש לחקר אבני הבניין של החומר באמצעות קרן אלקטרונים.
לכל שיטה יש את היתרונות והחסרונות שלה.
טיפול פרוטונים, למשל, קשה ויקר ליישום, מצריך מבית חולים או מרפאה לבנות מאיץ חלקיקים, מיגון קרינה וגבלים מסתובבים גדולים כדי לאפשר זוויות טיפול מרובות.
רדיותרפיה באמצעות מקורות רדיואיזוטופים, בינתיים, זקוקה רק למכשיר קליני בגודל חדר כדי לאכלס את המקור החם ואת המיגון והקולימטורים כדי למקד את הקרן המשמשת בטיפול.
אבל היתרונות המרכזיים של טיפול בפרוטונים הם תכונות הבטיחות המהונדסות המונעות ממקור הקרינה לגרום לסכנות רדיולוגיות, הנובעות ממקומן של רוב שקיעת האנרגיה ומאפשרות הפעלה וכיבוי מהיר של מקור קרינה. הלוקליזציה המרחבית אטרקטיבית במיוחד לטיפול בגידולים סרטניים בקרבת רקמות רגישות, כמו סרטן הערמונית והמוח, כמו גם לטיפול בילדים, והבקרה המהונדסת של מקור הקרינה אטרקטיבית לשיקולי בטיחות רדיולוגיים.
קלארק ועמיתיו יסקרו טכנולוגיות עדכניות עדכניות וחסמים מעשיים להחלפת רדיותרפיה מבוססת רדיואיזוטופים בשיתוף עם HUPCI ואתרים קליניים אחרים. הם גם ירכשו מערכת תכנון טיפול ממוחשב המסוגלת לטיפול בפרוטונים, ומדמים את יכולות הביצועים היחסיות של טיפול בסרטן לשימוש בדיונים עם רופאים ויסייעו לגשר על הפער בין חוקרי פיסיקה גרעינית ואנשי מקצוע לטיפול רפואי.
"השפעות חיוביות מוחשיות"
בתחילה התעניין באסטרונומיה, קלארק הסתקרן בפיסיקה גרעינית בעודו בוגר תואר ראשון באוניברסיטת מיסיסיפי סטייט כאשר הפרופסורים שלו, שעבדו באולם C של מעבדת ג'פרסון על ניסוי Q-weak ואחרים, שיתפו את חוויית המחקר שלהם בשיעור פיזיקה בסיסי.
הוא זכה בסופו של דבר כשהשתתף בתוכנית ההתמחות במעבדה לתואר ראשון של DOE במעבדת ג'פרסון ב-2014 והיה לו היכרות מעשית עם גלאים, פיזיקה גרעינית והדמיה.
קלארק קיבל את התואר הראשון בפיזיקה ב-2015, ולאחר מכן את הדוקטורט שלו בפיזיקה גרעינית וחלקיקים ניסיונית מאוניברסיטת המדינה של ניו יורק בסטוני ברוק בלונג איילנד ב-2021.
בזמן שהיה ב-SUNY, הוא חזר למעבדת ג'פרסון כדי לעזור בהפעלת ניסוי PREX-II ב-2019 ואת ניסוי CREX ב-2020.
"במהלך המגיפה, תוך כדי עבודה בבידוד, התחלתי לחקור מסלולי קריירה שיכולים להיבנות מהרקע הטכני שלי תוך יצירת השפעות חיוביות מוחשיות יותר מיידיות על אנשים סביבי", אמר קלארק. "זה הוביל אותי להתעניין במחקר בתעשייה המיישמת פיזיקת גלאים להדמיה רפואית."
בשנת 2021, הוא החל לעבוד כמדען גלאים ב-Canon Medical Research USA, Inc., ועבד על גלאים מבוססי מוליכים למחצה מהדור הבא לסורקי טומוגרפיה ממוחשבת של ספירת פוטון לפני שחזר למעבדת ג'פרסון כמדען צוות.
"אני נרגש לעבוד במעבדת ג'פרסון, כי אני יכול לבוא לעבודה כל יום וללמוד משהו חדש על האופן שבו ניתן ליישם עקרונות וטכנולוגיות של פיזיקה גרעינית כדי לשפר את החיים של עצמי ושל כל מי שסביבי", אמר קלארק.
"היבט מרכזי במסע שלי כמדען היה הסקרנות – שאילת שאלות כדי להבין איך העולם וכל מה שבו פועל וללמוד כיצד להשתמש בכלים של המדע כדי למצוא את התשובות בשיתוף פעולה עם מומחים ועמיתים ברמה עולמית.
"המסע שלי מפיזיקה גרעינית להדמיה רפואית בתעשייה ועכשיו חזרה למעין נקודת אמצע בין השניים היה תוצאה של חיפוש אחר תחומי מחקר שמאזנים את הרצונות המתחרים שלי לשאול שאלות בסיסיות ולבצע פיתוחים טכנולוגיים בעלי השפעה מיידית שעוזרים לאנשים ב חיי היומיום שלהם".