La tecnologia laser ultraveloce continua a sorprendere. Anche se a prima vista la ricerca in questo campo può sembrare piuttosto astratta, molto spesso porta ad applicazioni concrete. Ciò è particolarmente vero nel settore sanitario, dove la tecnologia può essere utilizzata per curare alcuni tumori.
Questa applicazione è stata scoperta dal gruppo di ricerca dell'Advanced Laser Light Source Laboratory (ALLS) dell'Institut national de recherche scientifique (INRS), a seguito di un recente lavoro diretto dal professore e direttore del Centro di ricerca Énergie Matériaux Télécommunications (Centro EMT), François Legaré.
Questo lavoro è il frutto della collaborazione con i fisici medici del McGill University Health Center (MUHC). Lo studio del team, pubblicato sulla rivista Laser &Photonics Reviews , presenta risultati che mettono in discussione alcune conoscenze sugli impulsi laser ad alta potenza, conoscenze diventate comuni nella comunità scientifica.
"Per la prima volta, abbiamo dimostrato che, in determinate condizioni, un raggio laser strettamente focalizzato nell'aria ambiente può accelerare gli elettroni raggiungendo energie nell'intervallo dei MeV (megaelettronvolt), lo stesso ordine di grandezza di alcuni irradiatori utilizzati nella radioterapia per il cancro. " afferma François Légaré, direttore del Centro EMT dell'INRS.
Era ormai accertato che focalizzando un impulso laser di intensità sufficientemente elevata nell'aria ambiente si genererebbe un plasma nel punto focale. Questo plasma agisce come una fonte di elettroni che può essere accelerata fino a energie fino a pochi keV (kiloelettronvolt) al massimo. Fino a poco tempo fa non era possibile raggiungere energie più elevate nell'aria ambiente, a causa di limitazioni fisiche.
Il team di ricerca è stato in grado di dimostrare che gli elettroni accelerati nell'aria ambiente possono raggiungere energie nell'ordine dei MeV (megaelettronvolt), ovvero circa 1.000 volte superiori a questo limite precedentemente insormontabile.
Miglior trattamento del cancro
La svolta del team del Centro EMT dell’INRS apre la porta a importanti progressi nella fisica medica. Un ottimo esempio è la radioterapia FLASH, un nuovo approccio al trattamento dei tumori resistenti alla radioterapia convenzionale.
Si tratta di una tecnica che può essere utilizzata per somministrare elevate dosi di radiazioni in un tempo estremamente breve (microsecondi anziché minuti). Ciò protegge meglio il tessuto sano attorno al tumore. Questo effetto FLASH è ancora poco compreso nella ricerca, ma sembra comportare una rapida deossigenazione dei tessuti sani, riducendone la sensibilità alle radiazioni.
"Nessuno studio è stato in grado di spiegare la natura dell'effetto FLASH. Tuttavia, le sorgenti di elettroni utilizzate nella radioterapia FLASH hanno caratteristiche simili a quella che abbiamo prodotto focalizzando fortemente il nostro laser nell'aria ambiente. Una volta che la sorgente di radiazioni è meglio controllata, ulteriori la ricerca ci consentirà di indagare sulle cause dell'effetto FLASH e, in definitiva, di offrire trattamenti radioterapeutici migliori ai pazienti affetti da cancro", afferma Simon Vallières, ricercatore post-dottorato e primo autore dello studio.
Questa scoperta ha implicazioni concrete. In primo luogo, è necessaria particolare cautela quando si maneggiano raggi laser strettamente focalizzati nell'aria ambiente.
"Le energie degli elettroni osservate (MeV) consentono loro di viaggiare per più di tre metri nell'aria o diversi millimetri sotto la pelle. Ciò comporta un rischio di esposizione alle radiazioni per gli utenti della sorgente laser", spiega Simon Vallières.
Inoltre, effettuando misurazioni vicino alla sorgente, il team ha osservato un elevato tasso di dose di radiazioni di elettroni, da tre a quattro volte maggiore di quello utilizzato nella radioterapia convenzionale.
"Scoprire questo rischio derivante dalle radiazioni è un'opportunità per implementare pratiche più sicure nei laboratori", afferma Simon Vallières. Il giovane ricercatore osserva che la manipolazione di raggi laser altamente focalizzati nell'aria ambiente deve essere effettuata con attenzione e che gli scienziati devono evitare l'esposizione a dosi elevate di radiazioni poiché sono dannose per la salute.
Ulteriori informazioni: Simon Vallières et al, Fascio di elettroni MeV ad alto dosaggio e rateo da un laser IR a femtosecondi strettamente focalizzato nell'aria ambiente, Recensioni su laser e fotonica (2023). DOI:10.1002/lpor.202300078
Fornito dall'Institut national de la recherche scientifique
