(Phys.org) —Microbeam strålterapi (MRT) ger ett enormt löfte för cancerpatienter genom dess förmåga att förstöra tumörceller samtidigt som den skyddar omgivande frisk vävnad. Men forskning om dess kliniska användning har begränsats av den stora storleken på den teknik som krävs för att generera strålarna. Tills nu, administrering av MRT krävde massiva elektronacceleratorer som kallas synkrotroner. Men med en ny mikrostråleemitter utvecklad vid University of North Carolina i Chapel Hill, tekniken har skalats ner, öppna dörrarna för klinisk forskning.

I en studie publicerad online av Tillämpad fysikbokstäver , ett tvärvetenskapligt team som leds av fysikprofessorn Otto Zhou, Doktorsexamen; Strålningsonkologi Docent X. Sha Chang, Doktorsexamen; och fysikprofessor Jianping Lu, Doktorsexamen, byggde en enhet med hjälp av kolnanorörbaserad röntgenkällmatristeknologi som utvecklats vid UNC som kan generera mikrostrålning med liknande egenskaper som strålarna som genereras av synkrotronstrålning. Forskare från tillämpad vetenskap och radiologi vid UNC deltog också i denna studie.

Zhou, medlem i UNC Lineberger Comprehensive Cancer Center, pekar på flera studier som har visat att strålning av mikrostrålar förstörde tumörer och ökade överlevnaden med så mycket som en faktor tio hos hjärntumörbärande djur som behandlats med tekniken. Även om teknikens potential har bevisats, den massiva infrastruktur som behövs för att genomföra studierna har hindrat forskning från att undersökas för kliniskt bruk.

"Innovationen här, vad vi har gjort på universitetet, är att bygga utrustning som är kompakt och potentiellt kan användas på ett sjukhus och uppnå liknande terapeutiskt värde. Det faktum att mikrostrålen kan leverera strålningseffekten är känt, experimenten har gjorts, men användningen av den synkrotronbaserade utrustningen är inte praktisk, sa Zhou.

Strålbehandling vid aktuell klinisk användning badar tumörer likformigt i högdosstrålning, men toxiciteten från strålningen begränsar storleken på tumörer som kan behandlas säkert. MRT doserar området med tunna parallella strålningsplan, upp till några hundra mikron i bredd, skapa ett randigt strålningsmönster över tumören. I test med försöksdjur, detta tillvägagångssätt leder till lägre toxicitet och förmåga att säkert leverera en mycket högre dos för att behandla radioresistenta tumörer som hjärntumörer.

Teamet har redan visat att deras kompakta MRT-enhet kan generera liknande doser och fördelning av strålning hos försöksdjur som syns i de synkrotronbaserade studierna, kapabel att noggrant leverera mikrostrålen till hjärntumörstället hos möss. Med den kunskapen, de har börjat arbeta med att avgöra om djur som behandlats med deras enhet visar samma terapeutiska fördelar som de i synkrotronstudierna. Det skulle göra det möjligt för forskare vid UNC och på andra håll att börja forskningsnivån kring MRT som är nödvändig för att bevisa att det kan gynna mänskliga patienter.

"Tänk dig vad som kan vara den potentiella kliniska effekten. I många barns hjärntumörcancerfall, normalt är prognosen inte bra. Strålningstoxicitet för vävnadsutveckling är mycket allvarligare än för vuxna. Denna strålning kan styra tumören, men det skadar inte normal vävnad. Det har en stor potential för klinisk tillämpning, "sa Chang, medlem i UNC Lineberger.

På grund av forskarnas begränsade förmåga att studera effekterna av MRT, lite är känt om varför strålningen förstör tumörer men bara orsakar minimal skada på omgivande vävnader. En mer kompakt MRT -sändare skulle ge fler forskare tillgång till tekniken och främja en större nivå av forskning om samspelet mellan strålning och biologi, enligt Lu.

"Ett av målen med forskningen är att förstå varför det fungerar, "sa Lu.