طريقة تسريع أيونات لتحسين علاج السرطان

اقترح الباحثون من معهد تكنولوجيا البلازما والليزر في الجامعة الوطنية للبحوث النووية "ميفي"، جنًبا إلى جنب مع زملائهم من ألمانيا وجمهورية التشيك، طريقة جديدة لتوليد المجالات الكهربائية القوية جدًا وشبه الثابتة، والتي تؤدي إلى تسارع الأيونات في بلازما الليزر.

يشار إلى أن نتائج العمل تتمتع بأهمية كبيرة في مجال الطب، وعلى وجه الخصوص في إطار العلاج بالبروتون، والحديث يدور عن طريقة متطورة لعلاج أمراض الأورام السرطانية، وتم نشر هذا المقال العلمي في مجلة علمية مرموق"ة Scientific Reports".

كما هو معلوم فإن هناك ثلاث طرق رئيسية لعلاج السرطان: التدخل الجراحي والعلاج الكيميائي والعلاج الإشعاعي. أما فيما يتعلق بالعلاج الأخير فهو عبارة عن تأثير الإشعاع المؤين، وهذا يقتل ليس فقط على الورم، ولكن أيضًا الأنسجة السليمة المحيطة به، وهذا الأمر يفرض قيودًا على قوة حزمة أشعة الجاما التي تستخدم في العلاج الإشعاعي.

في هذا الصدد من الأفضل استخدام البروتونات، إذ إنه وبفضل الكتلة الكبيرة نسبيًا للبروتونات يتم استخدام فقط الانتشار العرضي الطفيف في الأنسجة، حيث تشتت طول مسارها ضئيل للغاية، ولهذا يمكن تركيز حزمة البروتونات بشكل دقيق على الورم من دون إلحاق للأنسجة السليمة المحيطة به.

ولكن من أجل الحصول على حزمة البروتونات نحتاج لتسريع الجزيئات المشحونة، وهذا يتطلب معدات مكلفة وثقيلة للغاية، على سبيل المثال يزن جهاز سيكلوترون المتزامن في المركز العلاجي الموجود في أورسي (فرنسا) حوالي 900 طن، ولهذا فإن العديد من جامعات العالم تعمل وفق طرق بديلة لتوليد حزم الجزيئات المشحونة فائقة السرعة، إحدى هذه الطرق تعتمد على استخدام مسرع الليزر.

يشار إلى أن مسرعات الليزرية للجسيمات المشحونة أكثر إحكامًا وأرخص من السيكلوترونات التقليدية والمسرع الدوراني التزامني، لكن جودة الحزم التي يتم الحصول عليها لا ترتقي للمستوى المطلوب لمعظم التطبيقات العملية بسبب التشتت الكبير للبروتونات والاستطاعة غير الكافية، حاليًا هناك سباق حقيقي للحصول على طرق جديدة للتسريع الليزري: أي الحصول على حزمة من أشعة البروتونات بطاقة تتراوح من 100-200 مليون إلكترون فولت وتشتت لا يزيد على نسب ضئيلة من شأنها أن تفتح عهد جديد في الطب الليزري.

وبحسب قول الباحثين في جامعة "ميفي" فإن النظرية التي تم وضعها يمكن أن تساعد في تطوير طرق جديدة للتسريع الليزري، وهنا أشار الدكتور يفغيني غيلفر من قسم الفيزياء النووية النظرية في جامعة "ميفي" وهو أيضًا باحث في معهد Extreme Light" Infrastructure Beamlines " قائلًا: "قمنا خلال العمل بوضع التوقعات النظرية وأثبتنا بمساعدة المحاكاة الرقمية وجود تأثير متناقض للوهلة الأولى: الحديث يدور عن أن قوة الاحتكاك الإشعاعي، التي تؤثر على الجسيمات المشحونة، والتي تولد الموجات الكهرومغناطيسية، يمكن أن تساهم في تسريع هذه الجسيمات".

إن قوة الاحتكاك ضمن الأنظمة الميكانيكية العادية، تؤدي دائمًا إلى فقدان الطاقة الحركية وتخمين الحركة المنتظمة، يشار إلى أن قوة الاحتكاك الإشعاعي متشكلة بطريقة خاصة، فهذه القوة تظهر بفضل نقل الطاقة لحقل خارجي (في حالتنا هذه الحقل هو الليزر) إلى طاقة كمومية ذات ترددات عالية، وهنا يلعب الالكترون دور الجسم الناقل للطاقة، والذي يمكن أن يبطئ من حركته أو يسرع في عملية نقل الطاقة من خزان إلى آخر.

وفي هذا الإطار نوه يفغيني غيلفر قائلًا: "نحن قمنا بدراسة انتشار نبض ليزر قوي للغاية في البلازما وفي مجالات كهرومغناطيسية ذات استطاعة تصل إلى بضعة بيتا واط وأكثر (واحد بيتا واط يساوي 1015 واط، فإن الالكترونات وللمقارنة استطاعة أكبر محطة للطاقة في العالم هي 22500 ميغا واط، أي بمعنى أقل بخمسين ألف مرة).

إذ أن الالكترونات تشع بشكل مكثف بحيث لا يمكن تحديد حركتها فقط من خلال قوة لورينتس وإنما من قوة الاحتكاك الإشعاعي الذي يحدث نتيجة الارتداد خلال الإشعاع، ونحن أثبتنا في الوقت نفسه بأن شعاع تباطؤ الالكترونات من خلال الاحتكاك الإشعاعي يأتي عموديًا على اتجاه انتشار شعاع الليزر.

وهذا يؤدي إلى المزيد من التسارع إلى الأمام، وهكذا تتم عملية المساهمة في فصل الشحنات في البلازما وتقوية الحقل الكهربائي الطولي المتشكل، هذا الحقل بالذات يسبب تسارع الإيونات ولذلك فإن النتيجة التي نحصل عليها يمكن أن تساعد في الحصول على حزمة أيونات ذات جودة أعلى"