Canadian technology start-up Medscint is working with customers to develop a new generation of real-time, small-field dosimetry solutions based on plastic scintillation detectors
La radiothérapie flash à taux ultra-dose - que ce soit en utilisant des faisceaux de traitement d'électrons, de protons ou de photons - s'annonce comme la «prochaine grande chose» dans la recherche en oncologie radiologique.Il est facile de voir pourquoi: un ensemble croissant de preuves - comprenant des expériences précliniques ainsi que les premières études cliniques à petite échelle utilisant des faisceaux électroniques et de protons - démontre que le rayonnement livré à des taux de dose ultra-haute (environ 40 gy / s et plus) peut considérablementréduire les dommages collatéraux et la toxicité dans les tissus sains normaux tout en préservant l'activité anti-tumoral.
Même ainsi, il reste encore un début et beaucoup de travail reste à faire avant que la traduction clinique à l'échelle de la radiothérapie flash ne devienne réalité - notamment le développement commercial de machines de traitement flash abordables ainsi que les technologies d'activation de base telles que les systèmes de planification du traitement flash etSolutions de dosimétrie robustes pour la surveillance du faisceau en temps réel.En attendant, pour accélérer la traduction commerciale et clinique, les physiciens médicaux redoublent leurs efforts pour comprendre la radiobiologie fondamentale de l'effet flash et, à leur tour, débloquer les informations de recherche qui maximiseront l'impact clinique des modalités flash pour les résultats améliorés pour les patients.
Dosimétrie en ligne
Dans cet esprit, une équipe de scientifiques de l'Université de Victoria en Colombie-Britannique, au Canada, a développé un système basé sur des rayons X rentable qui exploite un obturateur de faisceau personnalisé pour l'irradiation in vitro à la vitesse ultra-digitale (Jusqu'à 118 Gy / s) de petits échantillons avec des temps d'exposition inférieurs à 1 s (et récemment aussi courts que 1 ms).À côté de l'obturateur de faisceau et du support d'échantillon - qui sont conçus et installés à proximité de la fenêtre du tube à rayons X - l'un des principaux blocs de construction du système de banctop est une solution de dosimétrie en petit champ en temps réel basée sur des détecteurs de scintillation en plastiquedéveloppé par Medscint, une entreprise technologique spécialisée à Québec City.
«Les détecteurs de scintillation en plastique sont un dosimètre idéal pour la radiothérapie à taux ultra-dose», explique Magdalena Bazalova-Carter, physicien principale sur le projet et la tête du laboratoire expérimental d'imagerie et de thérapie par le cancer X à l'Université de Victoria à l'Université de Victoria.«En plaçant les détecteurs de scintillation à proximité de l'obturateur de faisceau», ajoute-t-elle, «nous avons pu vérifier la livraison de dose et confirmer que notre système peut exposer avec précision pour les impulsions courtes jusqu'à 1 ms de durée."
Plus largement, les scintillateurs en plastique combinent l'équivalence proche de l'eau, les temps de réponse nanoseconde et la résolution spatiale élevée avec la compatibilité MR-linac et la robustesse contre les dommages causés par les rayonnements.
Un autre avantage des détecteurs Medscint est leur empreinte compacte (0.5 mm de long, 0.5 mm de diamètre), ce qui les rend idéales pour la dosimétrie à petits champs et multipoint. That’s a “must-have" for Bazalova-Carter and colleagues as their X-ray tube system is optimized for uniform dose delivery across samples no bigger than 6 mm in diameter.
Dans le laboratoire, l'équipe XCite met actuellement le système de tubes à rayons X prototype à l'épreuve dans une série d'expériences très petites et animaux, irradiant des larves de mouches de fruits avec des taux de dose ultra-souci et le suivi de la survie comparative contre des schémas d'irradiation conventionnels. “The early results are promising," notes Alex Hart, a PhD student within the XCITE programme, “plus we’re now looking at the possibility of adding Medscint scintillation detectors to provide real-time, online readout of dose delivery."
Autrement dit: tout est question de granularité.L'insertion d'un petit film radiochromique dans le porte-échantillon tout en irradiant les larves fournit la dose après coup - je.e.Si la dose est éteinte pour une raison quelconque, il n'est pas facile de comprendre la cause profonde. “With a plastic scintillator in there," Hart explains, “I could see that perhaps one of the exposures of a multipulse delivery didn’t happen at all or that it was shorter than expected."
Au-delà de ces expériences de preuve de concept, la prochaine étape pour les chercheurs de Xcite consiste à déployer leur système de tube à rayons X dans l'irradiation des cellules cutanées normales et cancéreuses fabriquées avec des méthodes d'impression 3D. Depending on the cell line, these so-called “multicellular cell spheroids" can be grown in a uniform fashion, such that their size can be controlled to within 5% – which, in turn, results in an interspheroid dose delivery difference of less than 1.1%. “Later this spring," explains Hart, “we’ll use the X-ray tube system to investigate normal and cancer-cell spheroid response to ultrahigh dose rates and conventional irradiations – in each case, with and without gold nanoparticles as radiosensitizers."
Frontières flash
Le long d'une ligne d'enquête parallèle, l'équipe XCite construit également une station d'irradiation flash sur la ligne de faisceau Ariel à Triumf, le laboratoire de physique à haute énergie à Vancouver.À ce jour, Bazalova-Carter, le doctorant Nolan Esplen et ses collègues ont conçu un convertisseur électronique à photon pour la livraison d'un faisceau de photons à taux de dose ultra-souri.Au cours des trois prochains mois, cette capacité de pointe sera évaluée dans une série d'expériences pour étudier l'effet flash sur le tissu pulmonaire sain chez la souris.
La modélisation du faisceau suggère que les taux de dose obtenus sur le site d'irradiation doivent être jusqu'à 200 Gy / s et au-dessus du seuil de taux de dose d'effet flash de 40 Gy / s à des profondeurs de 10 cm. Here again, the R&D collaboration with Medscint will be pivotal. “We’ll use the Medscint plastic scintillators for in vivo dosimetry at TRIUMF, while evaluating scintillator response in the MV regime – something we haven’t done as yet," explains Bazalova-Carter.«Nous sommes également impatients de travailler avec l'équipe MEDSINT pour repousser la résolution temporelle des détecteurs, au-delà du temps d'exposition à 1 ms dans le régime microseconde."
Looking further ahead, over the next 18–24 months, the XCITE R&D programme on spatially fractionated radiation therapy (SFRT) provides another opportunity for collaboration with Medscint’s development engineers.SFRT implique la livraison d'une seule fraction à forte dose de manière délibérément hétérogène - i.e.avec des doses élevées dans le volume cible ainsi que les régions de sous-dose - et montre une grande promesse pour la réduction des effets secondaires tout en maintenant l'efficacité pour tuer les cellules tumorales. “We are developing custom hardware for SFRT beam delivery," concludes Bazalova-Carter, “but we’re interested to see what we can achieve in partnership with Medscint on innovative SFRT dosimetry solutions."
Dynamique
D Cecchi et al.2021 Caractérisation d'un système à taux ultra-dose à base de rayons X pour les irradiations in vitro MED.Chèque.48 7399
Mettre l'accent sur la collaboration client
François Therriault-Proulx, président et chef de la direction de Medscint, a été l'un des co-fondateurs de l'entreprise en 2016, avec les collègues Simon Girard (chef des sciences et de la technologie) et Jonathan Turcotte (chef de produit, vente et responsable marketing).
Before taking what he calls the “entrepreneurship leap of faith", Therriault-Proulx spent eight years as an academic scientist working on the fundamentals of scintillation dosimetry, spanning PhD and postdoctoral research positions at Université Laval, Quebec City, and the University of Texas MD Anderson Cancer Center, Houston. Here, he givesChèqueics World the headline take on Medscint’s technology and commercial offering.
À quoi ressemble le marché adressable de Medscint?
Notre mission à Medscint est de livrer les meilleurs dosimètres de petit champ basé sur notre savoir-faire optique propriétaire dans le domaine des détecteurs de scintillation en plastique. To date, we’ve positioned our initial product – the HYPERSCINT Research Platform – with the cross-disciplinary R&D teams working to realize next-generation radiation therapy systems.Cette année, cependant, nous nous diversifierons avec le lancement de notre premier système clinique enregistré par la Food and Drug Administration américaine (FDA) pour les applications de dosimétrie à petit champ dans la machine QA.
Suivant les résultats accrocheurs présentés par nos clients lors de conférences de physique médicale de haut niveau - y compris la réunion annuelle AAPM de l'AAPM l'année dernière - nous lancerons rapidement un produit dédié pour faire passer la dosimétrie à taux ultra-dose au niveau supérieur au prochain niveau.Plus précisément, la plate-forme de recherche Hyperscint Flash permettra le comptage des impulsions Linac et la mesure de la dose par impulsion pour soutenir les schémas d'irradiation à taux ultra-dose.
Pourquoi les détecteurs de scintillation sont-ils un bon ajustement pour la dosimétrie en petits champs?
Les scintillateurs en plastique ont beaucoup à offrir à mesure que les champs de traitement deviennent plus petits et géométriquement plus complexes.Sans besoin de facteurs de correction de petits champs pour caractériser le comportement des appareils, nos détecteurs fournissent un outil de mesure en temps réel qui combine une linéarité élevée par rapport à la dose et à la dose.Cette large gamme dynamique linéaire est pertinente aux deux extrémités du spectre de traitement, que ce soit pour de nouveaux schémas d'irradiation à faible taux de dose ou des applications flash à taux ultra-dose.
Quelle est l'importance des clients pour façonner l'innovation des produits chez MedScint?
En tant qu'entreprise technologique neuve, il est essentiel que nous soyons là pour soutenir nos clients, écouter leurs besoins et répondre de manière proactive.Nous avons une relation collaborative avec nos clients et partenaires de recherche, avec leurs commentaires façonnant l'itération des produits et la feuille de route à plus long terme.
Il convient d'ajouter que Medscint a été fondée sur une véritable volonté de générer un impact positif sur la société grâce à des innovations qui pourraient être facilement rédugues du secteur de la recherche au marché. We view Medscint as something of a “connector", building a network between our partners to help us refine and innovate our technologies versus their evolving needs.C'est grâce à ce réseau que nous serons en mesure de faire avancer les champs de scintillation, de dosimétrie optique et finalement des soins contre le cancer.
