استفاده از فیزیک در مبارزه با سرطان

سارا دیوچ، در دانشگاه آلاباما رشد یافته است. این دانشگاه، صورتی خشک، بی‌احساس و بی‌علاقه از دانشمندان ساخته است. سارا دیوچ، به‌عنوان جوانی علاقه‌مند به تئاتر موزیکال که آرزوی خواندن در خیابان برادوی نیویورک را دارد، اصلا نمی‌تواند خودش را به این شکل تصور کند. 

سارا در سرن با منجیت دوسنج زیست‌شناس کار کرد. آن‌ها در تلاش بودند تا بفهمند چگونه می‌توان کاری کرد تا پرتو درمانی برای سرطان، روش مؤثر‌تر و با‌صرفه‌تری شود. 

طبق آمار جامعه‌ی سرطان آمریکا، بیشتر از نصف انسان‌ها‌یی که به سرطان مبتلا هستند، به روش پرتو‌درمانی رو می‌آورند. در روش پرتو‌درمانی، از یک شتاب‌دهنده‌ی خطی استفاده می‌شود که در آن یک باریکه از الکترون‌ها به‌سمت هدفی از جنس فلزی مانند تنگستن هدایت می‌شود. برخورد باریکه‌ی الکترونی به صفحه‌ی تنگستن، پرتو X تولید می‌کند که پزشکان از این پرتو برای مبارزه با سلول‌ها‌ی سرطانی استفاده می‌کنند. 

زمانی‌که تمرکز پرتو‌ها‌ی X در یک نقطه بسیار زیاد باشد، این پرتو‌ها می‌توانند یک تومور را از بین ببرند. با این حال، حتی پرتو‌ها‌ی X که با دقت بسیار زیادی به هدف تابیده شده‌اند نیز می‌توانند به بافت اطراف آسیب بزنند. بنابر‌این تاباندن پرتو به تومور‌ها‌یی که در نزدیکی ارگان‌ها‌ی حساسی مثل اعصاب بینایی هستند، چالش بزرگی برای پزشکان است. 

دوسنج، زیست‌شناس آموزش دیده با زمینه‌ی فیزیک پزشکی و مشاور ارشد کاربرد‌ها‌ی پزشکی سرن، گفت:

در این موقعیت پزشکان می‌توانند تومور را از بین ببرند اما پس از آن بیمار نابینا می‌شود. 

در این موقعیت، پزشکان برای مورد هدف قرار دادن تومور به باریکه‌ی دقیق‌تر و تصویر‌برداری بهتری نیاز دارند. این همان زمینه‌ای است که دوسنج، دیوچ و همکارانشان در سرن به آن پرداخته‌اند. 

تا‌کنون بیمارستان‌ها برای تولید پرتو X مورد استفاده در پرتو درمانی، بیشتر از باریکه‌ی الکترونی استفاده می‌کردند.

دوسنج گفت:

تا همین اواخر، برای تولید الکترون‌ها‌ی پرانرژی به ماشین‌ها‌ی بسیار بزرگی نیاز بود که فراهم کردن آن‌ها در محیط‌ها‌ی پزشکی عملی و امکان‌پذیر نبود. 

با این حال، پیشرفت‌ها و تلاش‌ها‌ی اخیر سرن در زمینه‌ی ساخت شتاب‌دهنده‌ی الکترونی به‌نام CLIC، احتمال تولید الکترون‌ها‌ی پرانرژی در محیطی کوچکتر و با هزینه‌ی کمتر را افزایش داده است. 

دوسنج به‌عنوان پلی میان پزشکی و فیزیک، اتصالی میان این دو زمینه برقرار کرده است. از نظر دوسنج، زمان آن رسیده که پتانسیل‌ها و فواید استفاده از الکترون‌ها‌ی پر‌انرژی در درمان سرطان را بررسی کنیم. 

درست شبیه کاری که با پرتو‌ها‌ی X انجام می‌شود، از الکترون‌ها‌ی پر‌انرژی نیز می‌توان برای درمان سرطان استفاده کرد. برتری استفاده از الکترون‌ها در بار‌دار بودن آن‌ها است. چرا که با وجود این بار، می‌توان الکترون‌ها را با آهن‌ربا در هدف خاصی متمرکز کرد. علاوه بر این، دانشمندان در این روش، بهتر می‌توانند محل تخلیه‌ی انرژی الکترون‌ها را کنترل کنند. 

دوسنج گفت:

استفاده از الکترون‌ها‌ی پرانرژی، می‌تواند فواید زیادی داشته باشد چرا که این الکترون‌ها می‌توانند عمیق‌تر به بافت‌ها نفوذ کنند و تومور‌ها را شدیدا مورد هدف قرار دهند. 

دوسنج در ادامه گفت:

امکان استفاده از الکترون‌ها‌ی پرانرژی برای درمان سرطان و ترکیب آن‌ها با تابش‌ها‌ی آزمایشگاهی (تکنیک تحویل)، مانند بمباران تومور با انفجار سریع و پرانرژی، مفهومی به‌نام فلش (FLASH)، زمینه‌ی پزشکی را برای انقلابی در درمان سرطان آماده می‌کند. 

دوسنج گفت:

پزشکان با تکنیک فلش می‌توانند میزان پرتو زیادی را در مدت زمان بسیار کوتاهی به بیمار منتقل کنند. در این تکنیک، سرطان تا حدود بسیار زیادی کشته می‌شود و حد‌اقل آسیب به سلول‌ها‌ی سالم وارد می‌شود. ما ساز‌و‌کار این فرایند را به‌طور کامل متوجه نمی‌شویم. این فرایند واقعا گیج کننده است درست مثل جادو است.

دیوچ در این تابستان روی شبیه‌سازی‌ها‌یی کار کرد تا بتواند تکنولوژی جدید سرن را مهندسی معکوس کند و با این کار مبنا‌یی برای بررسی درستی یا نادرستی تلاش‌ها‌ی تیم دوسنج ایجاد کند. 

دیوچ گفت:

ما فیزیک را می‌دانیم اما مشخصات آن را نمی‌شناسیم. برای مثال، می‌دانیم که الکترون‌ها با برخورد به هدف تنگستن پرتو X تولید می‌کنند. اما نمی‌دانیم قطر فلز تنگستن مورد استفاده باید چقدر باشد. 

این تجربه برای دیوچ که تقاطع میان فیزیک و پزشکی را بررسی می‌کند نیز یک تجربه‌ی آگاه کننده بود. او گفت:

فیزیک برای من همیشه از موجودات زنده و حیات روزمره دور بوده است. اما اکنون قضیه برعکس است. من از انگیزه‌ها‌ی بشر‌دوستانه استقبال می‌کنم. ما سعی می‌کنیم به هر تعداد انسان که در توانمان باشد کمک کنیم.