VIDEO Capsulă ingerabilă pentru monitorizarea în timp real a radioterapiei

VIDEO Capsulă ingerabilă pentru monitorizarea în timp real a radioterapiei
aprilie 18 16:21 2023
Articol scris de:
Timp citire articol: 5 minut(e)

Cancerul gastric este unul dintre cele mai frecvente tipuri de cancer la nivel mondial. O nouă invenție a cercetătorilor de la universitatea națională din Singapore (NUS) ar putea contribui la îmbunătățirea tratamentului acestui tip de cancer prin creșterea preciziei radioterapiei, care este folosită în mod obișnuit în combinație cu opțiuni 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 obișnuită pentru multe suplimente și medicamente, iar producerea sa costă 50 de dolari americani. (Foto Credit: Universitatea Națională din Singapore).

În domeniul radioterapiei moderne, precizia este crucială în ceea ce privește țintirea țesutului tumoral, reducând în același timp la minimum daunele aduse țesutului sănătos.

Cu toate acestea, eficacitatea scăzută și rezultatele variabile rămân o provocare având în vedere diversitatea pacienților, a incertitudinii tratamentului și a diferențelor dintre tipurile de administrare a terapiilor.

Monitorizarea dozei de radiații administrate și absorbite în timp real, în special în tractul gastrointestinal, ar putea spori precizia radioterapiei pentru a îmbunătăți eficacitatea acesteia, dar este dificil de realizat.

În plus, metodele existente utilizate pentru monitorizarea indicatorilor biochimici, cum ar fi pH-ul și 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 facultății de științe a NUS, în colaborare cu cercetători de la facultatea de medicină, universitatea Tsinghua și Institutul de tehnologie avansată din Shenzhen, a dezvoltat un dozimetru ingerabil cu raze X care detectează doza de radiații în timp real.

Combinând un design nou al capsulei cu un model de regresie bazat pe o rețea neuronală care calculează doza de radiații din informațiile 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.


(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 prezența radiațiilor, o peliculă sensibilă la pH, un modul fluidic cu intrări multiple pentru prelevarea dinamică a lichidului gastric, doi senzori pentru măsurarea dozei și a pH-ului, o placă de circuit cu microcontroler, care procesează semnalele fotoelectrice pentru a fi transmise către o aplicație mobilă și 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 termoluminescență și filmele cu excitație optică, sunt plasate în mod obișnuit direct pe pielea pacientului sau în apropierea acesteia pentru a estima doza de radiații absorbită în zona țintă.

Deși o astfel de abordare de dozimetrie cu dispozitive electronice de imagistică cu portal a fost explorată pentru verificarea tratamentului, aceste dispozitive pot fi costisitoare și, în plus, absorb radiațiile diminuând doza prevăzută pentru pacient.

Senzorii ingerabili sunt limitați la monitorizarea pH-ului și a presiunii și fiind necesar un senzor ieftin, care să poată fi înghițit și care să poată urmări simultan indicatorii biochimici și absorbția 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 radiații și modificările fiziologice ale pH-ului și temperaturii în timp real în timpul radioterapiei gastrointestinale.

(Foto: componentele dozimetrului încap într-o capsulă de 18 mm pe 7 mm, o dimensiune obișnuită pentru multe suplimente și medicamente. Credit: Universitatea Națională din Singapore).

Atunci când capsula este ingerată și ajunge în tractul gastrointestinal, nanoscintilatoarele vor prezenta o luminescență sporită în prezența unei radiații cu raze X crescute. Un senzor din interiorul capsulei măsoară strălucirea nanoscintilatorilor pentru a determina radiația livrată în zona vizată.

În același timp, modulul fluidic permite colectarea fluidului gastric pentru detectarea pH-ului cu ajutorul unei pelicule care își schimbă culoarea în funcție 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 indicație a oricăror reacții 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 informații prin intermediul tehnologiei bluetooth și al unei antene către o aplicație de telefon mobil.

Utilizând un model de regresie bazat pe o rețea neuronală, aplicația mobilă procesează datele brute pentru a afișa informații precum doza de radioterapie, precum și temperatura și pH-ul țesuturilor supuse radioterapiei.

„Noua noastră capsulă schimbă regulile jocului în ceea ce privește furnizarea unei monitorizări accesibile și eficiente a eficienței tratamentului de radioterapie”, a declarat profesorul Liu Xiaogang, de la departamentul de chimie al NUS.

Potrivit profesorului, capsula are potențialul de a oferi o asigurare de calitate pentru ca doza corectă de radiații să ajungă la pacienți.

Proiectată în prezent pentru a monitoriza doza de radioterapie pentru cancerul gastric, capsula ar putea fi utilizată și pentru a monitoriza tratamentul altor diferite tumori maligne, cu adaptări suplimentare ale dimensiunii capsulei, spun cercetătorii.

De exemplu, micșorarea 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 radiații asupra structurilor înconjurătoare.

În prezent, echipa lucrează pentru a aduce această inovație în aplicațiile clinice.

Cercetările ulterioare vor includ identificarea poziției și a posturii capsulei după ingerare, dezvoltarea unui sistem de poziționare robust pentru a ancora capsula la locul țintă preconizat, și calibrarea dozimetrelor ingerabile pentru o utilizare clinică sigură și eficientă.

Această descoperire a fost publicată joi, în revista Nature Biomedical Engineering.

scrie un comentariu

0 Comentarii

Adaugă un comentariu