Aprovechamiento de la potencia de los láseres de alta energía para luchar contra el cáncer
En 2020, se produjeron 18 millones de nuevos casos de cáncer en todo el mundo, según Cancer Research UK(se abrirá en una nueva ventana). De aquí a 2040, se prevé que las tasas anuales de incidencia aumenten en torno al 55 %. La protonterapia (PT) es un tipo de radioterapia en la que se disparan protones de alta energía para destruir las células cancerosas. Los estudios han revelado que se trata de un tratamiento prometedor y eficaz para muchos tipos de tumores, como aquellos que afectan al encéfalo, a cabeza y cuello, al sistema nervioso central, al pulmón, al aparato digestivo y a la próstata, así como para cánceres inoperables. Sin embargo, los sistemas actuales de PT son enormes y caros. Las salas de tratamiento pueden tener el tamaño de un campo de fútbol y un sistema de varias salas cuesta hasta 120 millones EUR y tarda años en construirse. En el proyecto LPT, financiado con financiado con fondos europeos, los investigadores han desarrollado un sistema de PT ultracompacto y de alto rendimiento con un diseño novedoso que podría reducir los costes lo suficiente como para situar la PT en la vanguardia de las opciones de tratamiento del cáncer. «El diseño utiliza un láser de alta intensidad que interactúa con un plasma, altamente enriquecido con protones, procedente de una diana polimérica creada con nanoingeniería», explica Moshe Cohen-Erner, vicepresidente de Investigación y Desarrollo de HIL Medical(se abrirá en una nueva ventana) y coordinador del proyecto LPT.
Captación de láseres de alta intensidad
El nuevo e innovador sistema de PT de LPT utiliza un láser pulsado de alta intensidad que irradia una diana rica en protones creada con nanoingeniería. Los protones se aceleran hasta un nivel de energía con trascendencia clínica, se confinan y se concentran mediante un campo magnético en la neoplasia. Cohen-Erner añade: «Al ofrecer sistemas de tratamiento rentables, de una o varias habitaciones, con este nuevo diseño se consigue que la PT sea ampliamente accesible y se eliminan los principales obstáculos a la adopción generalizada de los sistemas de PT». Entre las innovaciones de LPT figuran el uso de un acelerador de protones basado en láser para producir haces de protones mejorados, una línea de haz especializada y un diseño de pórtico fijo para la extracción del haz, así como imanes y elementos magnéticos exclusivos para manipular el haz de protones rápidos. La combinación de estas innovaciones permite fabricar un sistema de PT de menor tamaño (un 50 % menos), volumen (un 75 % menos) y peso (un acelerador 99 % menor), con una reducción de costes del 50 al 75 %. «El uso de un acelerador de protones láser con un pórtico fijo elimina la necesidad de emplear un recorrido largo para las partículas cargadas y un gran número de imanes, así como de contar con un pórtico giratorio enorme y pesado. Se reduce el tamaño de la carcasa necesaria, que puede llegar a pesar 500 toneladas», explica Cohen-Erner.
Aumento de la potencia del láser
A lo largo del proyecto LPT, los primeros experimentos de aceleración de protones por láser con dianas creadas con nanoingeniería produjeron aceleraciones de protones a energías relativamente bajas. Esto fue emocionante y una prueba contundente para publicar los primeros(se abrirá en una nueva ventana) artículos científicos(se abrirá en una nueva ventana) revisados por pares(se abrirá en una nueva ventana) sobre el tema», afirma Cohen-Erner. El equipo siguió desarrollando el acelerador de protones y aumentó la producción de energía, mediante la mejora de las dianas creadas con nanoingeniería y la utilización de un láser de mayor intensidad. Estos experimentos fueron realizados en el Instituto Max Born(se abrirá en una nueva ventana) (MBI) de Alemania por un equipo internacional conjunto de científicos de HIL Medical, el MBI, el Laboratorio de Investigación Naval(se abrirá en una nueva ventana) de Washington DC, en los Estados Unidos, y la Universidad de Strathclyde(se abrirá en una nueva ventana) de Glasgow, en el Reino Unido. Los resultados satisfactorios se publicaron en revistas con revisión por pares(se abrirá en una nueva ventana).
Llevar este nuevo sistema láser a los hospitales
Cohen-Erner afirma: «Estamos orgullosos de nuestra idea innovadora, que recoge las opiniones de los principales líderes de opinión, médicos y clientes potenciales, que expresan la necesidad de un sistema de PT asequible y de bajo coste. Esto nos da impulso y apoyo para acelerar nuestro camino hacia los hospitales». El equipo está pasando ahora a la siguiente fase del proyecto: montar una instalación láser de 200 TW para demostrar racimos de protones con relevancia clínica. Los ensayos β de este sistema permitirán al equipo trasladar el tratamiento a entornos clínicos en un futuro próximo.
