Jednoho dne, specializované systémy by mohly omezit pacienty s rakovinou částicemi, které by zajistily úplný průběh radiační terapie v pouhých mikrosekundách, uvádí nový výzkum.
Pomocí objevující se techniky známé jako flash radioterapie mohli lékaři vymýtit nádory za zlomek času a za zlomek nákladů na tradiční radiační terapii - alespoň teoreticky. Dosud se technika bleskového blesku neobjevila ve formálních klinických studiích na lidských pacientech, ačkoli jeden člověk byl experimentálně léčen, vědci informovali v říjnu 2019 v časopise Radioterapie a onkologie. Nová studie o myši, publikovaná 9. ledna v Mezinárodním věstníku radiační onkologie, biologie a fyziky, dále prokázala slib této terapie rakoviny.
„Má stejnou míru kontroly nádorů, ale výrazně menší účinek na normální tkáň,“ uvedl spoluautor studie Dr. Keith Cengel, docent radiační onkologie v nemocnici na University of Pennsylvania.
Jinými slovy se zdá, že záblesková technika zabíjí nádorové buňky a současně šetří zdravé tkáně. Tato technika funguje bombardováním místa nádoru stálým proudem částic, obvykle lehkých částic, nazývaných fotony, nebo záporně nabitých elektronů. Nyní Cengel a jeho kolegové hodili do směsi další částici: pozitivně nabitý proton.
„Je to jedinečné v tom smyslu, že… to se nikdy nestalo,“ řekla Marie-Catherine Vozenin, vedoucí laboratoře radiační onkologie ve Fakultní nemocnici Lausanne ve Švýcarsku, která se studie nezúčastnila. To neznamená, že nasazení protonů v boji proti rakovinným buňkám je nutně lepší strategií než použití fotonů nebo elektronů, dodala. "Všechny tyto různé strategie mají nějaké klady a zápory."
To znamená, že každá částice může být jedinečně vhodná pro cílení na určité typy nádorů na konkrétních místech v těle, což znamená, že protony mohou pro některé pacienty nabídnout nejlepší léčebnou možnost, řekl Cengel.
Načasování je klíčové
Název „blesk“ se jednoduše vztahuje k ultrarychlé rychlosti, jakou technika poskytuje záření cílovým tkáním. Bleskové pummels buňky se stejným celkovým množstvím záření jako stávající terapie, ale spíše než podávání dávky po více týdnů v minutových relacích, celá léčba trvá jen desetiny sekundy, Vozenin řekl.
„Pokud dokážeme přejít na stotiny sekundy, to je ještě lepší,“ dodala.
Rychlost dělá ten rozdíl. V konvenční radiační terapii může pacient podstoupit desítky léčebných sezení, během nichž se zdravé tkáně mohou poškodit dlouho předtím, než nádorové buňky zahynou. Když se však stejná dávka záření dodává rychleji, jako u blesku, zdravé tkáně zůstávají nezraněné. Přesně to, proč se to stane, zůstává záhadou.
„To je otázka milionů dolarů… tvrdě pracujeme na tom, abychom tomu porozuměli,“ řekl Vozenin. Výzkum naznačuje, že prchavý záblesk záření může způsobit pokles hladin kyslíku ve zdravých tkáních, které obvykle obsahují mnohem více kyslíku než rakovinné buňky. Nádory odolávají tradiční radiační terapii částečně díky jejich nedostatku kyslíku, takže dočasný účinek vyvolaný bleskem by mohl posílit zdravé buňky proti poškození a také snížit produkci škodlivých volných radikálů, uvádí zpráva 2019 v časopise Clinical Oncology.
Tento důkaz však nevysvětluje, proč rakovinné buňky reagují na léčbu jinak než zdravé buňky; je pravděpodobné, že bude hrát více mechanismů, řekl Vozenin.
Bez ohledu na to, proč to funguje, zábleskové záření se zdá být v předběžných studiích slibné, ačkoli tato technika má určitá omezení. Fotony mohou být použity k cílení na nádory v celém těle, ale stroje, které střílí částice, nemohou ještě vystřelit dostatečně rychle, aby dosáhly potřebné dávky. Vysokoenergetické elektrony mohou pronikat tkání k dosažení hluboko usazených nádorů, ale je technologicky obtížné je vytvořit. Nízkoenergetické elektrony nabízejí další možnost, ale tyto mohou proniknout pouze asi 2 až 5 centimetry masa, řekl Cengel.
Zatímco elektrony s nízkou energií se mohou starat o povrchové nádory, Cengel a jeho kolegové teoretizovali, že protony mohou být vhodnější pro cílení na rakovinné buňky umístěné hlouběji v těle. Aby otestovali svůj nápad, museli pro tuto práci vytvořit ty správné nástroje.
Vyzkoušejte
Tým použil ke spuštění experimentů existující urychlovač protonů, známý jako cyklotron, ale provedl řadu úprav. Trik spočíval v nárůstu rychlosti, jakou by protony mohly být vypuštěny ze stroje, a také při vývoji strategií pro sledování toho, kde protony přistály a v jakém množství. S touto infrastrukturou na místě by tým mohl lépe řídit proud protonů proudících z cyklotronu, „něco jako faucet, na který můžete zapnout plný výbuch nebo kapání,“ řekl Cengel.
Tým poté zaměřil svůj cyklotron na modelové myši. Indukované nádory rostly v pankreasech zvířat a podél jejich horních střev, takže vědci poslali jediný puls záření přes břišní dutiny hlodavců. Blesk trval mezi 100 a 200 milisekundami a tím, že postavil mnoho protonových paprsků vedle sebe, jako nevařené špagety v těsné zkumavce, tým zasáhl celou břišní dutinu najednou.
Jak se očekávalo, léčba zmírnila růst nádoru a zjizvení tkáně, které obvykle vyplývá z rakoviny, zatímco zdravá tkáň v okolí zůstává nezraněná. „Toto je první nevyvratitelný důkaz„ bleskového “efektu in vivo s tenkým střevem jako terčem využívajícím protony místo fotonů nebo… elektronů,“ Vincent Favaudon, ředitel výzkumu Institutu Curie v Paříži, který se nezúčastnil studie, řekl Live Science v e-mailu.
Přestože byla studie úspěšná, byla provedena na myších, „a v malých objemech, což není případ pacientů,“ uvedl Vozenin. Jinými slovy, ve své současné podobě může technika protonového blesku ošetřovat pouze malou oblast tkáně najednou. Tato technika bude muset být významně rozšířena, než bude připravena k testování na větších zvířatech a nakonec i na lidech, řekla.
„Hlavní omezení spočívá v dávce,“ dodal Favaudon. Výzkum naznačuje, že zdravé tkáně začnou působit poškození, pokud budou vystaveny zábleskovému záření po dobu delší než 100 milisekund, řekl. "Dodání dávky v jednom mikrosekundovém pulsu je vždy lepší. Výzvou tedy je zvýšit rychlost dávky o dva až pět nebo více."
Cengel a jeho kolegové plánují pokračovat v optimalizaci svých nástrojů a technik při práci na stanovení toho, která dávka přináší největší terapeutický přínos. Tímto způsobem by tým provedl klinickou zkoušku druhů, ale se zvířaty jako počátečními subjekty. Mezitím Vozenin a její kolegové brzy zahájí první klinická hodnocení na lidských pacientech, aby otestovali své vlastní techniky blesku. Cílem použití nízkoenergetických elektronů je léčit povrchové nádory, jako jsou ty, které se vyskytují u rakovin kůže.
"Pokud dokážeme koncepci flash potvrdit ve velkém objemu a v klinických aplikacích, pravděpodobně to změní veškerou radiační terapii," řekl Vozenin. Řekla, že očekává, že některá verze zábleskového záření bude pro pacienty s rakovinou v příštích 10 letech široce dostupná. Favaudon uvedl, že ošetření zaměřené na povrchové nádory, jakož i na ty, které byly vystaveny chirurgickému zákroku, by mohlo být připraveno do dvou let. Techniky využívající vysoce energetické elektrony a protonové paprsky by mohly být připraveny během pěti až deseti let, řekl.
Za předpokladu, že záblesk dopadne na cestu ke skutečným lidským pacientům, by tato technika mohla umožnit lékařům zaměřit se na nádory, které kdysi bránily léčbě ozařováním, uvedla Cengel.
"Mohli bychom doslova zacházet s věcmi, které není možné léčit a léčit lidi, kteří nemohou léčit," řekl. "Očividně je to všechno velké zrno soli."
