Pewne badania sugerują, że pewnego dnia wyspecjalizowane systemy mogą zapchać pacjentów z rakiem cząsteczkami, aby zapewnić pełny kurs radioterapii w zaledwie mikrosekundy.
Korzystając z nowej techniki zwanej radioterapią błyskawiczną, lekarze mogą wyeliminować guzy w ułamku czasu i za ułamek kosztów tradycyjnej radioterapii - przynajmniej w teorii. Jak dotąd błyskawiczna technika nie została poddana formalnym badaniom klinicznym u ludzi, chociaż jeden mężczyzna otrzymał leczenie eksperymentalne, naukowcy zgłosili w październiku 2019 r. W czasopiśmie Radiotherapy and Oncology. Teraz nowe badanie myszy, opublikowane 9 stycznia w International Journal of Radiation Oncology, Biology and Physics, dodatkowo wykazało obietnicę tej terapii przeciwnowotworowej.
„Ma ten sam wskaźnik kontroli guza, ale znacznie mniejszy wpływ na normalną tkankę” - powiedział współautor badań dr Keith Cengel, profesor nadzwyczajny onkologii radiologicznej w szpitalu University of Pennsylvania.
Innymi słowy, technika flash wydaje się zabijać komórki nowotworowe, oszczędzając zdrowe tkanki. Technika polega na bombardowaniu miejsca guza stałym strumieniem cząstek, zwykle lekkich cząstek, zwanych fotonami lub ujemnie naładowanymi elektronami. Teraz Cengel i jego koledzy wrzucili do mieszanki inną cząstkę: dodatnio naładowany proton.
„Jest wyjątkowy w tym sensie, że… nigdy tego nie zrobiono” - powiedziała Marie-Catherine Vozenin, kierownik laboratorium radioterapii onkologicznej w Szpitalu Uniwersyteckim w Lozannie w Szwajcarii, który nie był zaangażowany w badanie. Nie oznacza to, że rozmieszczenie protonów w walce z komórkami rakowymi jest z konieczności lepszą strategią niż użycie fotonów lub elektronów, dodała. „Wszystkie te różne strategie mają swoje zalety i wady”.
To powiedziawszy, każda cząstka może być wyjątkowo przystosowana do celowania w określone typy nowotworów w określonych miejscach w ciele, co oznacza, że protony mogą oferować najlepszą opcję leczenia dla niektórych pacjentów, powiedział Cengel.
Czas ma kluczowe znaczenie
Nazwa „flash” po prostu odnosi się do ultraszybkiego tempa, z jakim technika dostarcza promieniowanie do docelowych tkanek. Vozenin powiedział, że błyskawiczne uderzenie w komórki powoduje taką samą całkowitą ilość promieniowania jak w istniejących terapiach, ale zamiast podawania dawki przez wiele tygodni w sesjach trwających kilka minut, całe leczenie trwa zaledwie dziesiąte sekundy.
„Jeśli możemy przejść do setnych sekundy, to jeszcze lepiej” - dodała.
Prędkość robi różnicę. W konwencjonalnej radioterapii pacjent może przejść kilkadziesiąt sesji terapeutycznych, podczas których zdrowe tkanki mogą ulec uszkodzeniu na długo przed zniszczeniem komórek nowotworowych. Ale gdy ta sama dawka promieniowania jest dostarczana z większą prędkością, jak w przypadku błysku, zdrowe tkanki pozostają nietknięte. Dokładnie dlaczego tak się dzieje pozostaje tajemnicą.
„To pytanie za milion dolarów… ciężko pracujemy, aby to zrozumieć” - powiedział Vozenin. Badania sugerują, że przelotny wybuch promieniowania może spowodować spadek poziomu tlenu w zdrowych tkankach, które zwykle zawierają znacznie więcej tlenu niż komórki rakowe. Nowotwory są odporne na tradycyjną radioterapię częściowo dzięki brakowi tlenu, więc tymczasowy efekt wywołany przez błysk może wzmocnić zdrowe komórki przed uszkodzeniem, a także zmniejszyć produkcję szkodliwych wolnych rodników, zgodnie z raportem z 2019 r. W czasopiśmie Clinical Oncology.
Ale te dowody nie wyjaśniają, dlaczego komórki rakowe reagują inaczej niż zdrowe komórki na leczenie; Vozenin powiedział, że prawdopodobnie w grę wchodzi więcej mechanizmów.
Niezależnie od tego, dlaczego działa, promieniowanie flash wydaje się obiecujące we wstępnych badaniach, chociaż technika ma ograniczenia. Fotony mogą być wykorzystywane do celowania w guzy w całym ciele, ale maszyny strzelające do cząstek nie mogą jeszcze strzelać wystarczająco szybko, aby osiągnąć wymaganą dawkę. Elektrony wysokoenergetyczne mogą przenikać do tkanek, aby dotrzeć do głęboko osadzonych guzów, ale są technologicznie trudne do wytworzenia. Cengel powiedział, że niskoenergetyczne elektrony oferują inną opcję, ale mogą one przebić tylko około 2 cale (5 do 6 centymetrów) mięsa.
Podczas gdy niskoenergetyczne elektrony mogą zająć się powierzchownymi guzami, Cengel i jego współpracownicy wysnuli teorię, że protony mogą lepiej nadawać się do celowania w komórki rakowe znajdujące się głębiej w ciele. Aby przetestować swój pomysł, musieli zbudować odpowiednie narzędzia do pracy.
Wystawiony na próbę
Zespół wykorzystał istniejący akcelerator protonów, znany jako cyklotron, do przeprowadzenia eksperymentów, ale wprowadził szereg modyfikacji. Sztuczka polegała na zwiększeniu szybkości, z jaką protony mogą być wystrzeliwane z maszyny, przy jednoczesnym opracowaniu strategii monitorowania miejsca wylądowania protonów i ich ilości. Dzięki tej infrastrukturze zespół mógłby lepiej kontrolować prąd protonów wypływających z cyklotronu, „coś w rodzaju kranu, w którym można włączyć pełny wybuch lub kroplówkę” - powiedział Cengel.
Zespół następnie skierował swój cyklotron na modelowe myszy. Indukowane guzy rosły w trzustkach zwierząt i wzdłuż ich górnych części jelit, więc badacze wysłali pojedynczy impuls promieniowania przez jamy brzuszne gryzoni. Błysk trwał od 100 do 200 milisekund, a ustawiając obok siebie wiele wiązek protonów, takich jak niegotowane spaghetti w ciasnej tubie, zespół uderzył całą jamę brzuszną jednym strzałem.
Zgodnie z oczekiwaniami leczenie zahamowało wzrost guza i bliznowacenie tkanek, które zazwyczaj wynika z raka, pozostawiając zdrową tkankę w pobliżu nienaruszoną. „Jest to pierwszy niezaprzeczalny dowód efektu„ błysku ”in vivo z jelita cienkiego jako celu wykorzystującego protony zamiast fotonów lub… elektronów” - Vincent Favaudon, dyrektor ds. Badań w Institut Curie w Paryżu, który nie był zaangażowany w badanie, powiedział Live Science w e-mailu.
Chociaż badanie zakończyło się sukcesem, badanie przeprowadzono na myszach „oraz w niewielkich ilościach, co nie dotyczy pacjentów”, powiedział Vozenin. Innymi słowy, w obecnej formie, technika protonowego błysku może leczyć tylko niewielki obszar tkanki jednocześnie. Powiedziała, że technika będzie musiała zostać znacznie powiększona, zanim będzie gotowa do przetestowania na większych zwierzętach i ostatecznie na ludziach.
„Głównym ograniczeniem jest szybkość dawkowania” - dodał Favaudon. Badania sugerują, że zdrowe tkanki zaczynają ulegać uszkodzeniom, jeśli są narażone na promieniowanie flash przez ponad 100 milisekund, powiedział. „Dostarczanie dawki w pojedynczym impulsie mikrosekundowym jest zawsze lepsze. Dlatego wyzwaniem jest zwiększenie dawki o współczynnik od dwóch do pięciu lub nawet więcej”.
Cengel i jego koledzy planują kontynuować optymalizację swoich narzędzi i technik, pracując nad ustaleniem, która dawka zapewnia największe korzyści terapeutyczne. W ten sposób zespół przeprowadziłby próby kliniczne, ale ze zwierzętami jako początkowymi podmiotami. W międzyczasie Vozenin i jej koledzy wkrótce rozpoczną pierwsze badania kliniczne z udziałem ludzi w celu przetestowania własnych technik flash. Wykorzystując niskoenergetyczne elektrony, mają na celu leczenie powierzchownych guzów, takich jak nowotwory skóry.
„Jeśli uda nam się zweryfikować koncepcję flash w dużych ilościach i zastosowaniach klinicznych, prawdopodobnie zmieni to całą radioterapię” - powiedział Vozenin. Powiedziała, że spodziewa się, że niektóre wersje promieniowania flash mogą być szeroko dostępne dla pacjentów z rakiem w ciągu najbliższych 10 lat. Favaudon powiedział, że leczenie ukierunkowane na guzy powierzchniowe, a także te poddane chirurgii, mogą być gotowe w ciągu dwóch lat. Dodał, że techniki wykorzystujące wysokoenergetyczne elektrony i wiązki protonów mogą być gotowe w ciągu pięciu do 10 lat.
Zakładając, że błyskawica przetrwa drogę do prawdziwych ludzkich pacjentów, technika ta może pozwolić lekarzom celować w nowotwory, które kiedyś sprzeciwiały się leczeniu promieniowaniem, powiedział Cengel.
„Możemy dosłownie leczyć rzeczy, których nie da się wyleczyć i wyleczyć ludzi, którzy nie są w stanie wyleczyć” - powiedział. „Oczywiście duże ziarno soli na tym wszystkim”.
