Il team Onel utilizza la tecnologia LHC per sviluppare un dispositivo utilizzato in radioterapia oncologica

Nell'ambito del suo lavoro sulla fisica delle particelle ad alta energia, il Prof. Yasar Onel ha inventato uno scintillatore che verrebbe utilizzato in un trattamento con radiazioni ultraveloci per il cancro.

Onel e il suo gruppo di Fisica delle Alte Energie presso il Dipartimento di Fisica e Astronomia stanno lavorando allo sviluppo di un sistema di monitoraggio rapido della dose utilizzando il loro scintillatore duro di radiazioni recentemente brevettato e la tecnologia Large Hadron Collider. Stanno lavorando con il Dipartimento di Radioterapia Oncologica dell’Università dell’Iowa presso il Carver College of Medicine al progetto “Midwest FLASH Lab: Developing Next-Generation Radiotherapy Delivery and Expertise at the UI”, che è stato finanziato con 3 milioni di dollari in un periodo di tre anni. periodo utilizzando i fondi P3 del partenariato pubblico-privato FY2023; i ricercatori principali sono John Buatti e Ryan Flynn in Radiation Oncology.

Il 19 aprile 2022 l'Ufficio brevetti e marchi degli Stati Uniti ha concesso il brevetto statunitense numero 11.307.314, "Apparecchio, sistema e metodo per scintillatore in plastica indurita dalle radiazioni ed elastomero flessibile", inventato da Onel e dal collega professore associato aggiunto Ugur Akgun e assegnato all'UI Research Fondazione.

La radioterapia FLASH, un nuovo trattamento radioattivo ultraveloce per il cancro, ha mostrato un grande potenziale di prossima generazione nel proteggere i tessuti sani distruggendo selettivamente i tumori, ma attualmente i sistemi di monitoraggio della dose disponibili utilizzati nelle strutture di radioterapia non sono in grado di monitorare/quantificare accuratamente la dose erogata alla velocità di livello nanosecondo alla quale FLASH RT opera. Il nuovo prototipo di rilevatore sarà testato presso l'acceleratore lineare dell'Università dell'Iowa e il nuovo acceleratore di protoni dell'Ohio State University.

"Questo sistema di monitoraggio della dose veloce e ad alta risoluzione renderà il trattamento radioterapico FLASH più sicuro per milioni di pazienti che ne hanno bisogno. L'invenzione degli scienziati dell'UI consentirà una dosimetria FLASH multidimensionale rapida, accurata e conveniente, soddisfacendo un'esigenza significativa nel settore comunità di radioterapia", ha detto Onel.

La potenza delle radiazioni è stata sfruttata per vari scopi, dalla produzione di energia alle scansioni a raggi X, CAT e PET (tomografia a emissione di positroni), applicazioni di sicurezza e altro. Per tutte queste applicazioni, la rilevazione della radiazione è un processo vitale e viene comunemente eseguita tramite scintillatori, che sono materiali trasparenti che producono luce quando la radiazione li attraversa ed eccita i loro atomi. La luce generata viaggia fino al bordo dello scintillatore per essere rilevata da un sensore di luce. Quindi il segnale del rilevatore viene utilizzato per ricostruire un'immagine, che può essere un'immagine di un tumore per uno scanner PET o TC, una distribuzione della dose all'interno di un corpo per dosimetri medici o all'interno di un contenitore per applicazioni di sicurezza. Si prevede che gli scintillatori ideali producano molta luce, abbiano un tempo di risposta rapido e siano resistenti alle radiazioni. L'effetto accumulato della radiazione all'interno dello scintillatore lo rende meno trasparente, quindi la luce prodotta non può viaggiare all'interno dello scintillatore. È una sfida creare uno scintillatore che soddisfi questi prerequisiti.

Il gruppo di fisica delle alte energie dell'UI che lavora sull'esperimento CMS del progetto Large Hadron Collider, ha scoperto uno scintillatore "equivalente di acqua", basato su elastomeri, con una resa luminosa superiore, un segnale veloce e un'elevata resistenza alle radiazioni. Equivalente in acqua significa che questo materiale ha una massa e una densità di elettroni simili a quelle del corpo umano. Anche lo scintillatore di base è resistente alle radiazioni e può essere miscelato con diversi composti scintillanti per produrre le caratteristiche richieste. "Se questa invenzione venisse sviluppata e ottimizzata per varie applicazioni mediche, ci sarebbe un enorme vantaggio per il pubblico", ha affermato Onel.