Canadian technology start-up Medscint is working with customers to develop a new generation of real-time, small-field dosimetry solutions based on plastic scintillation detectors
A radioterapia flash com taxa de dose ultrahight-seja usando feixes de tratamento de elétrons, prótons ou fótons-estão se moldando como a "próxima grande novidade" na pesquisa de oncologia de radiação.É fácil ver o porquê: um crescente corpo de evidências-compreendendo experimentos pré-clínicos, bem como os primeiros estudos clínicos de pequena escala usando feixes de elétrons e prótons-demonstra que a radiação entregue a taxas de dose ultra-alta (aproximadamente 40 Gy/s e acima) pode drasticamenteReduza danos colaterais e toxicidade em tecido saudável normal, preservando a atividade antitumoral.
Mesmo assim, ainda é o início dos dias e ainda há muito trabalho a ser feito antes que a tradução clínica em escala da radioterapia com flash se torne realidade-principalmente o desenvolvimento comercial de máquinas de tratamento flash acessíveis, bem como tecnologias de capacitação de núcleo, como sistemas de planejamento de tratamento flash e sistemas de planejamento de tratamento flash eSoluções robustas de dosimetria para monitoramento de feixe em tempo real.Enquanto isso, para acelerar a tradução comercial e clínica, os físicos médicos estão redobrando seus esforços para entender a radiobiologia fundamental do efeito flash e, por sua vez, desbloquear insights de pesquisa que maximizarão o impacto clínico das modalidades flash para obter resultados aprimorados do paciente.
Dosimetria online
Com isso em mente, uma equipe de cientistas da Universidade de Victoria, na Colúmbia Britânica, no Canadá, desenvolveu um sistema econômico baseado em tubos de raios-x que explora um obturador de feixe personalizado para irradiação in vitro de taxa de dose ultra-alta (até 118 gy/s) de pequenas amostras com tempos de exposição inferiores a 1 s (e posteriormente tão curtos quanto 1 ms).Juntamente com o obturador de feixe e o suporte de amostra-que são projetados e instalados nas proximidades da janela do tubo de raios-X-um dos principais blocos de construção do sistema de bancada é uma solução de dosimetria de campo em tempo real, com base em detectores de cintilação de plásticoDesenvolvido pela Medscint, uma empresa de tecnologia especializada em Quebec City.
"Os detectores de cintilação plástica são um dosímetro ideal para a radioterapia com taxa de altura da dose", explica Magdalena Bazalova-Carter, físico principal do projeto e chefe do laboratório experimental de imagem e terapia de câncer de raios X (Xcite) da Universidade de Victoria."Ao colocar os detectores de cintilação nas proximidades do obturador do feixe", acrescenta ela, "conseguimos verificar a entrega da dose e confirmar que nosso sistema pode expor com precisão para pulsos curtos até 1 ms de duração.”
De maneira mais ampla, os cintiladores plásticos combinam a equivalência próxima da água, os tempos de resposta de nanossegundos e a alta resolução espacial com a compatibilidade e a robustez de MR-Linac contra os danos causados pela radiação.
Outra vantagem dos detectores do Medscint é sua pegada compacta (0.5 mm de comprimento, 0.5 mm de diâmetro), o que os torna ideais para dosimetria de campo pequeno e multiponto.Isso é um "must-have" para Bazalova-Carter e colegas, pois seu sistema de tubo de raio-x é otimizado para entrega de dose uniforme em amostras não com maior que 6 mm de diâmetro.
No laboratório, a equipe Xcite está atualmente colocando o sistema de tubos de raios X protótipo em seus ritmos em uma série de experimentos de animais muito pequenos, irradiando larvas de mosca de frutas com taxas de dose ultra-alta e rastreando sobrevivência comparativa versus esquemas de irradiação convencional."Os primeiros resultados são promissores", observa Alex Hart, um estudante de doutorado no programa Xcite, "além de agora estarmos analisando a possibilidade de adicionar detectores de cintilação do Medscint para fornecer leitura on-line em tempo real da entrega de dose.”
Coloque de outra maneira: é tudo sobre granularidade.Inserir um pequeno filme radioqurômico no suporte da amostra enquanto irradiava as larvas fornece a dose após o fato - i i.e.Se a dose estiver desativada por algum motivo, não é fácil descobrir a causa raiz."Com um cintilador de plástico lá", explica Hart, "pude ver que talvez uma das exposições de uma entrega multipulsa não aconteceu ou que era mais curta do que o esperado.”
Além desses experimentos de prova de conceito, o próximo passo para os pesquisadores Xcite é implantar seu sistema de tubo de raios-X na irradiação de células da pele normais e cancerígenas fabricadas com métodos de impressão 3D.Dependendo da linha celular, esses chamados "esferóides celulares multicelulares" podem ser cultivados de maneira uniforme, de modo que seu tamanho possa ser controlado em 5%-o que, por sua vez1.1%."Mais tarde nesta primavera", explica Hart, "usaremos o sistema de tubos de raios-X para investigar a resposta normais e de células de células de câncer a taxas de dose ultra-alta e irradiações convencionais-em cada caso, com e sem nanopartículas de ouro como radiossensibilizadores.”
Fronteiras flash
Ao longo de uma linha de investigação paralela, a equipe XCite também está construindo uma estação de irradiação flash na linha de luz Ariel em Triumf, o Laboratório de Física de Alta energia em Vancouver.Até o momento, Bazalova-Carter, estudante de doutorado Nolan Esplen e colegas, projetaram um conversor de elétron-fóton para a entrega de um feixe de fótons de 10 mV da taxa de alta velocidade no depósito de feixe de energia média existente de Ariel.Nos três meses seguintes, essa capacidade de ponta será avaliada em uma série de experimentos para investigar o efeito flash no tecido pulmonar saudável em camundongos.
A modelagem de feixes sugere que as taxas de dose alcançadas no local da irradiação devem ter até 200 Gy e acima do limite de taxa de dose do efeito flash de 40 Gy/s a profundidades de 10 cm. Here again, the R&D collaboration with Medscint will be pivotal."Usaremos os cintiladores de plástico Medscint para dosimetria in vivo no Triumf, enquanto avalia a resposta do cintilador no regime de MV-algo que ainda não fizemos", explica Bazalova-Carter."Também estamos interessados em trabalhar com a equipe do Medscint para promover ainda mais a resolução temporal dos detectores, além do tempo de exposição de 1 ms no regime de microssegundos.”
Looking further ahead, over the next 18–24 months, the XCITE R&D programme on spatially fractionated radiation therapy (SFRT) provides another opportunity for collaboration with Medscint’s development engineers.O SFRT envolve a entrega de uma única fração de alta dose de maneira deliberadamente heterogênea - eu.e.com altas doses no volume alvo, bem como regiões de subdosagem-e mostra uma grande promessa para a redução de efeitos colaterais, mantendo a eficácia para matar células tumorais."Estamos desenvolvendo hardware personalizado para entrega de feixes SFRT", conclui Bazalova-Carter, "mas estamos interessados em ver o que podemos alcançar em parceria com a Medscint sobre soluções inovadoras de dosimetria SFRT.”
Leitura adicional
D Cecchi et al.2021 Caracterização de um sistema de taxa de alta dose de tubo de raios-X para irradiações in vitro Med.Phys.48 7399
Colocando a ênfase na colaboração do cliente
François Therriault-Proulx, presidente e CEO da Medscint, foi um dos co-fundadores da empresa em 2016, junto com os colegas Simon Girard (diretor de ciência e tecnologia) e Jonathan Turcotte (diretor de produtos, vendas e marketing).
Antes de dar o que ele chama de "empreendedorismo de fé", Therriault-ProLx passou oito anos como cientista acadêmico trabalhando na dosimetria dos fundamentos da cintilação, abrangendo as posições de pesquisa de doutorado e pós-doutorado na Université Laval, Quebec City e na Universidade do Texas MDAnderson Cancer Center, Houston. Here, he givesPhysics World the headline take on Medscint’s technology and commercial offering.
Como é o mercado endereçável da Medscint?
Nossa missão na Medscint é fornecer os melhores dosmetros de campo pequeno de categoria com base em nosso know-how óptico proprietário no campo de detectores de cintilação plástica. To date, we’ve positioned our initial product – the HYPERSCINT Research Platform – with the cross-disciplinary R&D teams working to realize next-generation radiation therapy systems.Este ano, no entanto, nos diversificaremos com o lançamento de nosso primeiro sistema clínico registrado em Food and Drug Administration (FDA) para aplicações de dosimetria de pequeno campo no QA da máquina QA.
Após os resultados atraentes apresentados por nossos clientes em conferências de física médica de alto nível-incluindo a reunião anual da AAPM do ano passado-também estaremos lançando um produto dedicado para trazer dosimetria de taxa de alta dose para o próximo nível.Especificamente, a plataforma de pesquisa em flash hiperescint permitirá a contagem de pulsos de Linac e a medição da dose por pulso para suportar esquemas de irradiação por taxa de dose ultrahight.
Por que os detectores de cintilação são uma boa opção para a dosimetria de campo pequeno?
Os cintiladores de plástico têm muito a oferecer à medida que os campos de tratamento ficam menores e geometricamente mais complexos.Sem necessidade de fatores de correção de campo pequeno para caracterizar o comportamento do dispositivo, nossos detectores fornecem uma ferramenta de medição em tempo real que combina alta linearidade em relação à dose e taxa de dose.Essa ampla faixa dinâmica linear é relevante nas duas extremidades do espectro de tratamento, seja para novos esquemas de irradiação com baixa taxa de dose ou aplicativos de flash com taxa de dose ultrahight.
Qual a importância dos clientes para moldar a inovação de produtos na Medscint?
Como uma empresa de tecnologia recém-entrante, é essencial que estamos lá para apoiar nossos clientes, ouvindo suas necessidades e respondendo proativamente.Temos um relacionamento colaborativo com nossos clientes e parceiros de pesquisa, com o feedback moldando a iteração do produto e o roteiro de inovação a longo prazo.
Vale a pena acrescentar que o Medscint foi fundado em uma verdadeira vontade de gerar um impacto positivo na sociedade por meio de inovações que poderiam ser facilmente seguidas do setor de pesquisa para o mercado.Vemos o Medscint como um "conector", construindo uma rede entre nossos parceiros para nos ajudar a refinar e inovar nossas tecnologias versus suas necessidades em evolução.É graças a esta rede que poderemos avançar nos campos de cintilação, dosimetria óptica e, finalmente, cuidados com o câncer.