Sugárterápia precizitását segítő eszköz

A National University of Singapore kutatói több kínai egyetemmel együttműködve a Nature Biomedical Engineering április 13-án megjelent cikkében egy olyan kapszula kifejlesztéséről számoltak be, amely a sugárterápia jelenleginél sokkal pontosabb alkalmazását teszi lehetővé.

A sugárterápia során létfontosságú, hogy az egészséges szövetek védelme érdekében igen pontosan a tumorra irányítva adják a megfelelő dózist. A jelenlegi gyakorlatban azonban továbbra is problémát jelent az alacsony hatásosság és a meglehetősen változó kimenetek egyrészt a betegek különbözősége, a kezelés bizonytalansága, valamint az alkalmazási módok különbözősége miatt. A klinikumban a dozimétereket, mint például a fém-oxid félvezetős tranzisztorokat, termolumineszcens szenzorokat, vagy az optikailag gerjeszthető filmeket általában közvetlenül a beteg bőrére vagy annak közelébe helyezik a kezelés alatt, annak érdekében, hogy megbecsülhető legyen a radiációs dózis. Sajnos ezek az eszközök drágák, ráadásul felfogják a sugárzást, így csökkentik annak dózisát. A lenyelhető szenzorok pedig csak a pH-t és a nyomást képesek monitorozni, így nagy szükség van olyan olcsó, lenyelhető érzékelőkre, amelyek egyidejűleg képesek a biokémiai indikátorok és a közölt dózis valós idejű mérésére is a sugárterápia során.

A fenti korlátok kiküszöbölése érdekében Liu Xiaogang és csapata egy új, lenyelhető röntgensugár-doziméter kapszulát fejlesztett ki, amely képes a sugárzás dózisát, valamint a pH és a hőmérséklet fiziológiai változásait valós időben mérni a gasztrointesztinális sugárterápia alkalmazása alatt. A kapszula kulcsfontosságú elemei közé tartozik egy nanoszcintillátorokkal ellátott rugalmas optikai szál, amely a sugárzás jelenlétében világít, egy pH-érzékeny film, egy több bemenettel rendelkező folyadékmodul a dinamikus gyomornedv-mintavételezéshez, két szenzor a dózis és a pH méréséhez, egy mikrovezérlő áramköri kártya, amely képes a fotoelektromos jelek feldolgozására és egy mobil alkalmazásba továbbítani, valamint egy gomb méretű ezüst-oxid akkumulátor, amely a kapszulát árammal látja el.

Amikor a kapszulát a beteg lenyeli, és eléri a gyomor-bél traktust, a nanoszcintillátorok fokozott lumineszcenciát mutatnak a megnövekedett röntgensugárzás jelenlétében. A kapszulában lévő érzékelő méri a nanoszcintillátorok fényét, így határozza meg a célterületre juttatott sugárzást. Ezzel egyidejűleg a folyadékmodul lehetővé teszi a gyomornedv összegyűjtését a pH-érték kimutatására egy olyan film segítségével, amely a pH-értéknek megfelelően változtatja a színét. Ezt a színváltozást a kapszulában lévő második érzékelő rögzíti. Ezen túlmenően a két érzékelő képes a hőmérsékletet is mérni, ami jelezheti a sugárterápiás kezelésre adott esetleges negatív reakciókat, például az allergiát.

A két érzékelő fotoelektromos jeleit egy mikrovezérlő áramköri kártya dolgozza fel, amely Bluetooth technológián és egy antennán keresztül küldi az információt egy mobiltelefonos alkalmazásnak. A mobilalkalmazás egy neurális hálózaton alapuló regressziós modell segítségével feldolgozza a nyers adatokat, és a csatlakoztatott készülék képernyőjén megjeleníti a sugárterápiás dózist, a kezelés alatt álló szövetek hőmérsékletét és pH-ját.

Liu professzor szerint az új kapszula a sugárterápia olcsó és hatásos nyomon követését teszi lehetővé, egyben akár minőségbiztosítási célokra is felhasználható. A kapszula 18 mm hosszú, 7 mm széles, és mindössze 50 dollárból előállítható. Jelenleg kizárólag gyomorrák sugárterápiás kezelésében használható, de Liu szerint apróbb módosításokkal, például a méret csökkentésével később más malignitások, például prosztatarák vagy agydaganatok kezelésében is használható lehet.

Írásunk az alábbi közlemények alapján készült:

A swallowable X-ray dosimeter for the real-time monitoring of radiotherapy

Researchers invent novel ingestible capsule X-ray dosimeter for real-time radiotherapy monitoring

Irodalmi hivatkozás:

Bo Hou et al, A swallowable X-ray dosimeter for the real-time monitoring of radiotherapy, Nature Biomedical Engineering (2023).