Cancerul gastric este unul dintre cele mai frecvente tipuri de cancer la nivel mondial. O nouă invenţie a cercetătorilor de la universitatea naţională din Singapore (NUS) ar putea contribui la îmbunătăţirea tratamentului acestui tip de cancer prin creşterea preciziei radioterapiei, care este folosită în mod obişnuit în combinaţie cu opţiuni de tratament precum chirurgia, chimioterapia sau imunoterapia.
Cercetătorii de la NUS au inventat un nou dozimetru cu raze X cu capsulă ingerabilă pentru monitorizarea în timp real a radioterapiei. Componentele dozimetrului încap într-o capsulă de 18 mm pe 7 mm, o dimensiune obişnuită pentru multe suplimente şi medicamente, iar producerea sa costă 50 de dolari americani. (Foto Credit: Universitatea Naţională din Singapore).
În domeniul radioterapiei moderne, precizia este crucială în ceea ce priveşte ţintirea ţesutului tumoral, reducând în acelaşi timp la minimum daunele aduse ţesutului sănătos.
Cu toate acestea, eficacitatea scăzută şi rezultatele variabile rămân o provocare având în vedere diversitatea pacienţilor, a incertitudinii tratamentului şi a diferenţelor dintre tipurile de administrare a terapiilor.
Monitorizarea dozei de radiaţii administrate şi absorbite în timp real, în special în tractul gastrointestinal, ar putea spori precizia radioterapiei pentru a îmbunătăţi eficacitatea acesteia, dar este dificil de realizat.
În plus, metodele existente utilizate pentru monitorizarea indicatorilor biochimici, cum ar fi pH-ul şi temperatura, sunt inadecvate pentru o evaluare cuprinzătoare a radioterapiei.
Pentru a aborda această provocare, o echipă de cercetare condusă de la departamentul de chimie din cadrul facultăţii de ştiinţe a NUS, în colaborare cu cercetători de la facultatea de medicină, universitatea Tsinghua şi Institutul de tehnologie avansată din Shenzhen, a dezvoltat un dozimetru ingerabil cu raze X care detectează doza de radiaţii în timp real.
Combinând un design nou al capsulei cu un model de regresie bazat pe o reţea neuronală care calculează doza de radiaţii din informaţiile captate de capsulă, echipa a constatat că ar putea oferi o monitorizare de aproximativ cinci ori mai precisă a dozei administrate decât metodele standard actuale.
[ot-video][/ot-video]
(Video: vedere 3D a dozimetrului capsulă. Credit: Nature Biomedical Engineering, 2023 - Componentele cheie ale capsulei includ o fibră optică flexibilă încapsulată cu nanoscintilatori care se luminează în prezenţa radiaţiilor, o peliculă sensibilă la pH, un modul fluidic cu intrări multiple pentru prelevarea dinamică a lichidului gastric, doi senzori pentru măsurarea dozei şi a pH-ului, o placă de circuit cu microcontroler, care procesează semnalele fotoelectrice pentru a fi transmise către o aplicaţie mobilă şi o baterie de oxid de argint de mărimea unui buton care alimentează capsula.).
Dozimetrele clinice, cum ar fi tranzistorii cu efect de câmp tip metal-oxid-semiconductor, senzorii de termoluminescenţă şi filmele cu excitaţie optică, sunt plasate în mod obişnuit direct pe pielea pacientului sau în apropierea acesteia pentru a estima doza de radiaţii absorbită în zona ţintă.
Deşi o astfel de abordare de dozimetrie cu dispozitive electronice de imagistică cu portal a fost explorată pentru verificarea tratamentului, aceste dispozitive pot fi costisitoare şi, în plus, absorb radiaţiile diminuând doza prevăzută pentru pacient.
Senzorii ingerabili sunt limitaţi la monitorizarea pH-ului şi a presiunii şi fiind necesar un senzor ieftin, care să poată fi înghiţit şi care să poată urmări simultan indicatorii biochimici şi absorbţia dozei de raze X în timpul radioterapiei gastrointestinale.
Pentru a aborda aceste limitări, echipa a dezvoltat o nouă capsulă dozimetrică ingerabilă cu raze X capabilă să măsoare doza de radiaţii şi modificările fiziologice ale pH-ului şi temperaturii în timp real în timpul radioterapiei gastrointestinale.
(Foto: componentele dozimetrului încap într-o capsulă de 18 mm pe 7 mm, o dimensiune obişnuită pentru multe suplimente şi medicamente. Credit: Universitatea Naţională din Singapore).
Atunci când capsula este ingerată şi ajunge în tractul gastrointestinal, nanoscintilatoarele vor prezenta o luminescenţă sporită în prezenţa unei radiaţii cu raze X crescute. Un senzor din interiorul capsulei măsoară strălucirea nanoscintilatorilor pentru a determina radiaţia livrată în zona vizată.
În acelaşi timp, modulul fluidic permite colectarea fluidului gastric pentru detectarea pH-ului cu ajutorul unei pelicule care îşi schimbă culoarea în funcţie de pH.
Această schimbare de culoare este captată de un al doilea senzor din capsulă.
În plus, cei doi senzori sunt capabili să detecteze temperatura, ceea ce ar putea oferi o indicaţie a oricăror reacţii negative la tratamentul de radioterapie, cum ar fi alergiile.
Semnalele fotoelectrice de la cei doi senzori sunt procesate de o placă de circuit cu microcontroler care trimite informaţii prin intermediul tehnologiei bluetooth şi al unei antene către o aplicaţie de telefon mobil.
Utilizând un model de regresie bazat pe o reţea neuronală, aplicaţia mobilă procesează datele brute pentru a afişa informaţii precum doza de radioterapie, precum şi temperatura şi pH-ul ţesuturilor supuse radioterapiei.
„Noua noastră capsulă schimbă regulile jocului în ceea ce priveşte furnizarea unei monitorizări accesibile şi eficiente a eficienţei tratamentului de radioterapie", a declarat profesorul Liu Xiaogang, de la departamentul de chimie al NUS.
Potrivit profesorului, capsula are potenţialul de a oferi o asigurare de calitate pentru ca doza corectă de radiaţii să ajungă la pacienţi.
Proiectată în prezent pentru a monitoriza doza de radioterapie pentru cancerul gastric, capsula ar putea fi utilizată şi pentru a monitoriza tratamentul altor diferite tumori maligne, cu adaptări suplimentare ale dimensiunii capsulei, spun cercetătorii.
De exemplu, micşorarea capsulei ar putea permite plasarea acesteia în rect pentru brahiterapia cancerului de prostată sau în cavitatea nazală superioară pentru măsurarea în timp real a dozei absorbite în cazul tumorilor nazofaringiene sau cerebrale, minimizând daunele provocate de radiaţii asupra structurilor înconjurătoare.
În prezent, echipa lucrează pentru a aduce această inovaţie în aplicaţiile clinice.
Cercetările ulterioare vor includ identificarea poziţiei şi a posturii capsulei după ingerare, dezvoltarea unui sistem de poziţionare robust pentru a ancora capsula la locul ţintă preconizat, şi calibrarea dozimetrelor ingerabile pentru o utilizare clinică sigură şi eficientă.
Această descoperire a fost publicată joi, în revista Nature Biomedical Engineering.
