Някой ден специализираните системи биха могли да предпазят пациентите с рак с частици, за да доставят пълен курс на лъчева терапия само за микросекунди, сочат нови изследвания.
Използвайки възникваща техника, известна като флаш лъчетерапия, лекарите могат да изкоренят туморите за част от времето и с малка част от цената на традиционната лъчева терапия - поне на теория. Досега светкавичната техника не е изправена пред официални клинични изпитвания върху хора, въпреки че един мъж е получил експерименталното лечение, съобщават изследователи през октомври 2019 г. в списанието Radiotherapy and Oncology. Сега, ново изследване върху мишки, публикувано на 9 януари в Международното списание за лъчева онкология, биология и физика, допълнително демонстрира обещанието за тази терапия на рака.
"Той има същата скорост на туморен контрол, но значително по-малко ефект върху нормалната тъкан", казва съавторът на изследването д-р Кийт Cengel, доцент по радиационна онкология в болницата на Университета в Пенсилвания.
С други думи, изглежда, че флаш техниката убива туморните клетки, като същевременно щади здрави тъкани. Техниката работи чрез бомбардиране на мястото на тумора с постоянен поток от частици, обикновено леки частици, наречени фотони или отрицателно заредени електрони. Сега Cengel и неговите колеги хвърлиха още една частица в сместа: положително зареденият протон.
"Уникално е по смисъла, че ... никога не е правено", казва Мари-Катрин Возенин, ръководител на лабораторията по радиационна онкология в Университетската болница в Лозана в Швейцария, която не е участвала в изследването. Това не означава, че разполагането на протони за борба с раковите клетки непременно е по-добра стратегия от използването на фотони или електрони, добави тя. "Всички тези различни стратегии имат някои плюсове и минуси."
Въпреки това, всяка частица може да бъде уникално подходяща за насочване към определени типове тумори в конкретни петна по тялото, което означава, че протоните могат да предложат най-добрия вариант за лечение на някои пациенти, заяви Cengel.
Времето е от ключово значение
Името "светкавица" просто се отнася до свръхбързата скорост, с която техниката доставя радиация към целевите тъкани. Флаш помпи клетки със същото общо количество радиация, както съществуващите терапии, но вместо да се прилага дозата в продължение на няколко седмици в продължение на минути, цялото лечение продължава само десети от секундата, каза Возенин.
"Ако можем да стигнем до стотни от секундата, това е още по-добре", добави тя.
Скоростта прави всичко различно. При конвенционалната лъчева терапия пациентът може да премине десетки сеанси на лечение, през което време здравите тъкани могат да се повредят много преди туморните клетки да загинат. Но когато същата доза радиация се доставя с по-бърза скорост, както при светкавицата, здравите тъкани остават невредими. Точно защо това се случва остава загадка.
"Това е въпросът за милиона долара ... работим усилено, за да се опитаме да разберем това", каза Возенин. Изследванията сочат, че мимолетният изблик на радиация може да доведе до понижаване на нивата на кислород в здравите тъкани, които обикновено съдържат много повече кислород, отколкото раковите клетки. Туморите се противопоставят на традиционната лъчева терапия, отчасти благодарение на липсата им на кислород, така че временният ефект, предизвикан от светкавицата, може да подсили здравите клетки срещу увреждане, както и да намали производството на вредни свободни радикали, според доклад от 2019 г. в списанието Clinical Oncology.
Но това доказателство не обяснява защо раковите клетки реагират различно от здравите клетки на лечението; Вероятни са още механизми, каза Возенин.
Независимо защо работи, светкавичното лъчение изглежда обещаващо в предварителните проучвания, въпреки че техниката има ограничения. Фотоните могат да се използват за насочване към тумори в цялото тяло, но машините, които изстрелват частиците, все още не могат да стрелят достатъчно бързо, за да постигнат необходимата скорост на дозата. Високоенергийните електрони могат да проникнат в тъканите, за да достигнат дълбоко заседнали тумори, но са технологично трудни за генериране. Електроните с ниска енергия предлагат друга възможност, но те могат да пробият само около 2 инча (5 до 6 сантиметра) плът, каза Cengel.
Докато нискоенергийните електрони могат да се грижат за повърхностни тумори, Cengel и неговите колеги теоретизират, че протоните може да са по-подходящи за насочване на ракови клетки, разположени по-дълбоко в тялото. За да тестват идеята си, те трябваше да изградят правилните инструменти за работата.
Поставете на тест
Екипът използва съществуващ протонен ускорител, известен като циклотрон, за да проведе експериментите, но направи редица модификации. Номерът беше да се увеличи скоростта, с която протоните могат да бъдат изстреляни от машината, като същевременно се разработи стратегия за наблюдение къде кацат протоните и в какво количество. При наличието на тази инфраструктура екипът би могъл по-добре да контролира тока на протоните, изтичащи от циклотрон, "нещо като кран, който можете да включите при пълна експлозия или капене", заяви Cengel.
След това екипът насочи своя циклотрон към моделни мишки. Индуцираните тумори растат в панкреасите на животните и по горните им черва, така че изследователите изпращат един-единствен пулс на радиация през коремните кухини на гризачите. Светкавицата продължи между 100 и 200 милисекунди и като подреди много протонни лъчи един до друг, като неварени спагети в стегната тръба, екипът удари цялата коремна кухина с един изстрел.
Както се очаква, лечението стимизира растежа на тумора и белезите на тъканите, които обикновено са резултат от рак, като оставя в близост здравата тъкан невредима. „Това е първото неопровержимо доказателство за„ светкавичен “ефект in vivo с тънките черва като мишена, използваща протони вместо фотони или… електрони“, Винсент Фаводон, директор на научните изследвания в Института Кюри в Париж, който не е участвал в проучване, каза Live Science в имейл.
Макар и да е успешен, проучването е проведено при мишки, "и в малки обеми, което не е така при пациенти", каза Возенин. С други думи, в сегашната си форма техниката на протонната светкавица може да третира само малка площ от тъкан наведнъж. Техниката ще трябва да бъде значително увеличена, преди да е готова за тестване при по-големи животни и в крайна сметка хора, каза тя.
"Основното ограничение се крие в скоростта на дозата", добави Фаводон. Изследванията показват, че здравите тъкани започват да нанасят щети, ако са изложени на светкавично лъчение за повече от 100 милисекунди, каза той. "Подаването на дозата в едномикросекунден импулс винаги е по-добро. И така, предизвикателството е да увеличите дозата с коефициент от две до пет или дори повече."
Cengel и неговите колеги планират да продължат да оптимизират своите инструменти и техники, докато работят, за да определят каква доза доза носи най-голяма терапевтична полза. По този начин екипът провежда клинично изпитване на видове, но с животни като първоначални субекти. Междувременно Возенин и нейните колеги скоро ще започнат първите клинични изпитвания върху хора, за да тестват собствените си флаш техники. Използвайки нискоенергийни електрони, те имат за цел да лекуват повърхностни тумори, като тези, наблюдавани при рак на кожата.
"Ако успеем да утвърдим концепцията за флаш в голям обем и в клинични приложения, тогава това вероятно ще промени цялата лъчева терапия", каза Возенин. Тя каза, че очаква, че някаква версия на светкавично лъчение може да бъде широко достъпна за пациенти с рак в рамките на следващите 10 години. Фаводон каза, че лечението, насочено към повърхностните тумори, както и тези, изложени на операция, може да бъде готово в рамките на две години. Техники, използващи високоенергийни електрони и протонни лъчи, могат да бъдат готови в рамките на пет до 10 години, каза той.
Предполагайки, че светкавицата изветрява пътя на истински човешки пациенти, техниката може да позволи на лекарите да се насочат към тумори, които веднъж опровергаха лечението с радиация, заяви Cengel.
"Бихме могли буквално да лекуваме неща, които не е възможно да се лекуват и да излекуваме хора, които не могат да се излекуват", каза той. "Очевидно, голямо зърно сол на всичко това."
