Ezen részecskenyalábok eszközöket biztosítanak a biológiai rendszerek eddig elérhetetlen időbeli és térbeli pontossággal történő vizsgálatához. Segítségükkel az ultragyors lézerfizika, a radiobiológia és a rákkutatás közötti szakadékot áthidaló kísérletek végezhetők. A European Physical Journal Plus folyóirat egyik nemrég megjelent cikke azt ismerteti, hogyan nyitják meg az utat az ELI ultrarövid, nagy intenzitású lézerrendszerei a sugárterápia új paradigmái előtt, amelyek forradalmasíthatják az ilyen terápiára épülő rákkezeléseket.
Az ELI fejlett lézerrendszerei nagy ismétlési frekvenciájú (1 Hz–1 kHz), néhány MeV-tól több száz MeV-ig terjedő energiájú másodlagos források, köztük proton-, ion-, elektron- és neutronnyalábok keltésére alkalmasak rendkívül kompakt (milliméteres és milliméter alatti) gyorsítási hosszúságokon. Az egyedülálló fizikai jellemzők – ultrarövid impulzusidők, extrém nagy dózisteljesítményű mikronyalábok, valamint példátlan energiatartományok – lehetővé teszik a kutatók számára, hogy korábban elérhetetlen körülmények között vizsgálják a sugárzás biológiai hatásait.
Hideghéty Katalin
„Stratégiai tervünk kézzelfogható keretet biztosít az alapkutatás és a transzlációs medicina integrálásához” – magyarázta Prof. Dr. Hideghéty Katalin, az ELI ALPS Orvosbiológiai alkalmazások csoportjának vezetője. „Újszerű módszerek, például az ultramagas dózisteljesítményű mikronyaláb-radioterápia, a nagyon nagy energiájú elektronnyalábok és a lézerrel keltett neutronforrások kutatásával olyan biológiai mechanizmusokat kívánunk feltárni, amelyek biztonságosabb és hatékonyabb kezelési stratégiákhoz vezethetnek.”
A stratégiai terv hangsúlyozza a preklinikai kutatás fontosságát, amely in vitro és in vivo modelleket alkalmazva szisztematikusan vizsgálja, hogy a különböző nyalábminőségek – például a térbeli frakcionálás, a részecsketípus és az energiatartomány – hogyan hatnak az élő rendszerekre. Az ELI-ben nemrégiben végzett kísérletek során a kutatók sikeresen sugároztak be zebrahal embriókat és humán sejtkultúrát ultrarövid impulzusú részecskenyalábokkal. E kísérletek egyértelműen új biológiai válaszokat tártak fel, amelyek előnyt jelenthetnek a hagyományos gyorsító technológiákhoz képest; például kevésbé károsodnak az egészséges szövetek vagy pontosabban eljuttatható az energia a daganathoz.
Az ultrarövid, nagy intenzitású nyalábok lehetőséget nyújtanak az úgynevezett FLASH-effektus vizsgálatára is különböző típusú részecskék (elektronok, protonok, neutronok) használatakor. Ultramagas dózisteljesítménynél ez a módszer jobban védi az ép szöveteket, továbbá személyre szabottabb, hatékonyabb rákkezeléseket tehet lehetővé. Ezenkívül a mikronyaláb-rács előállításának képessége támogathatja a mikronyaláb-radioterápia fejlesztését, amelyben a besugárzott és a megkímélt szöveti régiók váltakozása jelentősen védi az ép szöveteket. A nagyon nagy energiájú elektronnyalábok (VHEE) pedig a mélyen fekvő daganatok kezelését tehetik lehetővé.
„Az ELI egyedülálló helyzetben van ahhoz, hogy ezt az interdiszciplináris kutatást vezesse, mert létesítményei olyan kiegészítő forrásokat kínálnak, amelyek a pontosság, az intenzitás és az ultrarövid időbeli jellemzők ötvözésével közvetlenül gyorsíthatják a módszerek klinikai bevezetését és a tudományos felfedezéseket” – nyilatkozta Daniele Margarone, az ELI Beamlines tudományos igazgatója. „Ez a stratégiai terv előrelépést jelent a nagy teljesítményű lézeres tudomány és a valós klinikai alkalmazások perspektívájának összekapcsolásában.”
Elengedhetetlen lesz olyan technikai kihívások leküzdése, mint a nyalábstabilitás, az energiaskálázás vagy a magas ismétlési frekvencián történő működés. Ezek megoldása a fizika, a biológia és a klinikai tudományok közötti együttműködést igényli. Az ELI célja, hogy központi szerepet töltsön be e kihívások leküzdését célzó nemzetközi erőfeszítések összehangolásában.
Az ELI elkötelezett a tudományos határok feszegetése, a stratégiai partnerségek előmozdítása és végső soron a globális egészségügy érdemi előrehaladásának segítése iránt. A rendkívül nagy teljesítményű lézerrendszerek fizikájától a hatékony rákterápiák felé tartó út jól illusztrálja az interdiszciplináris tudományok transzformatív erejét. Nyílt hozzáférésű modelljének és multidiszciplináris jellegének köszönhetően az ELI egyedülálló helyzetben van ahhoz, hogy a következő generációs, lézeralapú rákterápiák katalizátorává váljon.
Fotók: Balázs Gábor