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IPEN aprova projeto para uso de lasers de alta intensidade como terapia complementar de combate ao câncer

Projeto será executado em parceria com a Universidade de Nebraska-Lincoln (EUA), no âmbito do Programa SPRINT, da FAPESP. Resultado saiu em fevereiro.

Raio X é um dos tipos de radiação mais utilizados na medicina para fins diagnósticos, apresentando rapidez e precisão na obtenção de imagens. Quanto maior forem a definição, a nitidez, o contraste e a diferenciação de densidade, mais preciso será o resultado. Mas produzir fontes de raios X brilhantes pode ser difícil e extremamente caro. Pesquisadores do IPEN, no Brasil, e da Universidade de Nebraska-Lincoln (UNL), nos Estados Unidos, estudam explorar uma fonte alternativa para gerar raiosX usando lasers para a aceleração de partículas carregadas – em um primeiro momento elétrons originarão raiosX, e em uma etapa posterior, feixes de prótons serão produzidos para aplicações oncológicas e produção de radiofármacos.

Contemplada na modalidade Programa SPRINT – São Paulo Researchers in International Collaboration –da FAPESP, a pesquisa será coordenada pelos pesquisadores Nilson Dias Vieira Júnior, do Centro de Lasers e Aplicações (CLA) do IPEN, e Sudeep Banerjee, do Department of Physics and Astronomy da UNL. O SPRINT tem como objetivo estimular e promover o avanço da pesquisa científica, envolvendo pesquisadores de instituições de pesquisa do Estado de São Paulo e parceiros no exterior. O resultado da chamada, terceira de 2018, encerrada em 29 de outubro, foi anunciado no dia 11 de fevereiro.

De acordo com Vieira, o desenvolvimento de aceleradores de partículas carregadas para uso em medicina, visando principalmente o combate ao câncer, permitirá o acesso mais viável para tratamentos e diagnósticos de primeira qualidade. "É um campo que vai trazer muitos benefícios ao Brasil. Além disso, o projeto vai possibilitar a cientistas e estudantes brasileiros o contato com lideranças científicas e tecnológicas mundiais nessa área”, acrescenta Vieira, que é coordenador do Laboratório de Lasers de Altíssima Intensidade do CLA-IPEN.

Para Banerjee, a pesquisa é um "empreendimento global” no qual, segundo ele, todo ser humano pode contribuir com grandes ideias que beneficiam a todos. "Estou animado para trabalhar com as pessoas no IPEN. Eles são qualificados, bem informados e dedicados”, disse o pesquisador ao site Global Nebraska. Os trabalhos começarão com a aceleração de elétrons, cujos resultados ajudarão a compreender os mecanismos físicos que podem ser aplicados subsequentemente à aceleração de prótons. "Será a base da expertise para o acompanhamento da aceleração de prótons", acrescentou.

O Nebraska's Extreme Light Laboratory, ao qual Banerjee é vinculado, é um dos líderes mundiais na área de aceleração de elétrons por lasers. Embora a aceleração de prótons por lasers não seja novidade, a pesquisa pode ter implicações importantes para o campo. No lugarde feixes de raios X, a protonterapia aplica feixes de prótons de altas energias em áreas cancerosas para tratamento. "A utilização de lasers para criar os feixes de prótons permitirá que os dispositivos de protonterapia sejam produzidos de forma mais barata e em um dispositivo portátil que possa ser instalado em um hospital”, afirma Banerjee.

A aceleração de partículas ocorre devido aos elevados campos elétricos que podem ser produzidos em plasmas criados pelos lasers, chegando a ser 1000 vezes maiores que os de aceleradores convencionais, reduzindo suas dimensões proporcionalmente. Esta diminuição de tamanho e, consequentemente, da blindagem radioativa necessária, pode reduzir em 10 vezes o custo destes aceleradores, disseminando seu uso. Atualmente, elétrons são acelerados por lasers, em dezenas de centímetros, para energias semelhantes às que um Sincrotron obtém em centenas de metros.

Inicialmente, a protonterapia foi usada principalmente para tumores cerebrais e tumores próximos a órgãos vitais, mas, agora, está sendo empregada também para tratar uma gama muito mais ampla de tumores, incluindo câncer de próstata e câncer de pulmão – dois dos mais comuns no Brasil – segundo o Instituto Nacional de Câncer (INCA), entre outros. "Apesar de já existirem 39 instalações de protonterapia no mundo, não há nenhuma no hemisfério sul em função de seu alto custo”, diz Vieira.

A maioria das instalações que empregam a protonterapia opera aceleradores cíclotron, que aplicam campos eletromagnéticos alternados para gerar um feixe de prótons. No entanto, estas instalações altamente especializadas normalmente são muito caras – superando 200 milhões de dólares – e este alto custo restringe sua disseminação mundial. Grande parte deste custo é decorrente da blindagem requerida para o estágio de aceleração.

"Laser Particle Acceleration and Applications” (Aceleração de Partículas a Laser e Aplicações, em tradução livre) é o projeto SPRINT IPEN-UNL. Para isso, a experiência da UNL, que conta com um dos lasers mais potentes dos Estados Unidos da América, será de vital importância e deverá contribuir para a translação destes sistemas para dispositivos mais compactos e incorporar novas tecnologias que aumentarão a taxa média de partículas, aproximando-a das taxas médias obtidas com os cíclotrons existentes, com custo menor, segundo explicou Ricardo Elgul Samad, do CLA, pesquisador do estudo.

"Além disso, há desafios fundamentais na aceleração de prótons para energias superiores a 100 MeV (existentes com os lasers atuais), que precisam atingir 200 MeV, normalmente usados em protonterapia devido ao seu alcance no tecido humano (~20 cm). Estes desenvolvimentos serão feitos paripassucom as demais iniciativas de P&D mundiais, de forma que o IPEN estará apto a introduzir estas técnicas no Brasil, com já o fez com os radiofármacos na medicina nuclear. A instituição está preparada para este tipo de desenvolvimento”, conclui Samad.

Visita – Em novembro do ano passado, Sudeep Banerjee esteve no IPEN a convite de Nilson Dias, tendo participado de experimento no Laboratório de Laser de Altíssima Intensidade do Instituto. A visita incluiu palestras no próprio IPEN, no Instituto de Física da USP (IFUSP) e no Instituto de Física da Unicamp. Banerjee trabalhou com aceleração de elétrons pelo laser de TW (terawatts) do CLA, utilizando alvos gasosos e a técnica de Laser Wakefield Acceleration.

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Ana Paula Freire, jornalista MTb 172/AM
Com informações da Global Nebraska

 

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