Recentment, investigadors de la Universitat de Quebec van realitzar un experiment amb èxit al Laboratori de fonts de llum làser avançada del Consell Nacional d'Investigació del Canadà (INRS), demostrant l'ús prometedor de la tecnologia làser ultraràpida per a la radioteràpia contra el càncer.
"Hem demostrat per primera vegada que, sota determinades condicions, un raig làser molt enfocat a l'aire ambiental pot accelerar electrons fins al rang d'energia MeV (mega-electron volt), que és la mateixa energia que alguns dels radiadors utilitzats en la radiació del càncer. teràpia". va dir Franois Légaré, professor de l'INRS i líder científic del Laboratori de fonts de llum avançades (ALLS).
Mitjançant l'enfocament ajustat de diversos cicles d'un làser infrarojo (IR), femtosegon (fs) de nivell de mil·lijoule (mJ), els investigadors generen feixos d'electrons relativistes a l'aire ambient i aconsegueixen altes taxes de dosi de fins a 0.15 Gray per segon (Gy/s). A pressió atmosfèrica, la seva intensitat làser va arribar a 1 × 1019 watts per centímetre quadrat (W/cm-2). L'equip va mesurar el feix d'electrons resultant i va trobar que tenia una energia màxima de fins a 1,4 MeV.
L'equip va mostrar com l'enfocament ajustat del làser, la longitud d'ona llarga i la durada del pols de cicle curt es combinen per limitar l'efecte de la integració b en el feix làser enfocat. L'alta densitat de molècules d'aire en el volum focal ionitzable és suficient per formar un plasma proper a la densitat crítica, que proporciona una alta eficiència de conversió de làsers a electrons. Mitjançant simulacions tridimensionals de partícules a la cèl·lula, els investigadors van confirmar que el mecanisme d'acceleració es basa en una base relativista, té un potencial de moviment de massa i és teòricament coherent amb les energies d'electrons mesurades i la dispersió.
Esquema de la configuració experimental: els polsos de llum làser infraroja ultracurta es concentren fortament a l'aire circumdant, produint una alta dosi de radiació ionitzant.
Els investigadors creuen que la força d'aquesta font d'electrons impulsada per làser prové de la seva simplicitat. Una única òptica enfocada a l'aire circumdant pot produir un feix d'electrons que lliura la dosi de radiació d'un any a una persona que es troba a un metre de distància en menys d'un segon. No calen configuracions complicades ni cambres de buit, cosa que fa que aquest mètode sigui adequat per a moltes aplicacions d'irradiació reduint els requisits per produir fonts d'electrons MeV ultraràpides.
Els avenços en la tecnologia làser han permès que l'acceleració del camp d'estela làser, un procés que accelera els electrons a altes energies en un període de temps molt curt mitjançant la generació de plasma, funcioni a l'infraroig mitjà amb sistemes de classe mJ per produir fluxos de partícules elevats d'electrons MeV. que es poden utilitzar en la investigació de radiobiologia. No obstant això, aquestes fonts d'electrons d'alta energia impulsades per làser requereixen instal·lacions complexes i voluminoses en cambres de buit, que limiten l'accés al feix.
Les fonts d'electrons MeV impulsades per làser podrien proporcionar nous enfocaments per al tractament del càncer, com ara la radioteràpia FLASH, un mètode per tractar tumors que són resistents a la radioteràpia convencional. Amb la teràpia FLASH, es poden lliurar altes dosis de radiació en microsegons en lloc de minuts. Aquesta velocitat de lliurament ajuda a protegir el teixit sa que envolta el tumor dels efectes de la radiació. Encara que els efectes del FLASH no s'entenen completament, els científics creuen que el FLASH pot provocar una ràpida desoxigenació del teixit sa, reduint la sensibilitat del teixit a la radiació.
Taxa de dosi de radiació mesurada (escala logarítmica) en funció de la distància des del punt focal per a tres energies de pols làser diferents.
"Cap estudi encara ha estat capaç d'explicar la naturalesa de l'efecte flaix", va dir l'investigador Simon Vallières, "No obstant això, la font d'electrons que s'utilitza en la radioteràpia FLASH té característiques similars a la que generem en enfocar intensament el làser a l'aire ambiental. Una vegada que les fonts de radiació estiguin millor controlades, estudis posteriors ens permetran investigar les causes de l'efecte flaix i, finalment, proporcionar una millor radioteràpia per als pacients amb càncer".
Els investigadors creuen que l'escalabilitat del seu enfocament augmentarà amb el desenvolupament continuat de làsers d'alta potència mitjana a la classe mJ. El ràpid desenvolupament de les fonts làser, orientant-se a l'augment de les energies de pols disponibles i les taxes de repetició, podria permetre que la tècnica INRS s'estengués a energies d'electrons més altes i taxes de dosi més grans.
Els investigadors també van destacar la importància de la seguretat quan es tracta de raigs làser molt enfocats a l'aire circumdant. Quan es van prendre mesures a les proximitats de la font de radiació, l'equip va observar taxes de dosi de radiació dels electrons que eren de tres a quatre vegades més altes que les utilitzades en la radioteràpia convencional.
"L'energia observada dels electrons (MeV) els permet moure's més de 3 metres a l'aire o uns quants mil·límetres sota la pell", va dir Vallières, "la qual cosa suposa un risc d'exposició a la radiació per als usuaris de la font de llum làser. aquest perill de radiació és una oportunitat per implementar pràctiques més segures al laboratori".
