Новое исследование на мышах «впервые» показывает, что ученые могут использовать протоны для проведения лучевой терапии за считанные миллисекунды, убивая раковые клетки и защищая при этом здоровые ткани.
Более половины людей с диагнозом рака получают лучевую терапию. Радиация повреждает ДНК раковых клеток, либо замедляя их прогрессирование, либо убивая их. Тем не менее, это медленный процесс; радиация не разрушает раковые клетки сразу — иногда требуется несколько недель лечения, чтобы повредить ДНК клеток достаточно, чтобы убить их.
Еще одна причина, по которой лучевая терапия может занять несколько недель, заключается в том, что наиболее вероятно, что терапия будет успешной, когда раковые клетки растут и делятся на новые клетки. Таким образом, распространение лечения на длительный период увеличивает вероятность того, что излучение будет направлено на раковые клетки, когда они находятся в фазе роста.
Наконец, введение радиации в небольших ежедневных дозах помогает защитить здоровые клетки, давая им больше времени для восстановления.
Но новое исследование предполагает, что может быть способ управлять излучением с рекордной скоростью, одновременно защищая здоровые ткани. Инновационная методика называется FLASH, или радиотерапия со сверхвысокой дозой, и согласно предыдущим исследованиям, она использует электроны, чтобы минимизировать повреждение здоровой ткани при нацеливании на опухоли.
Важно, что FLASH якобы достигает этих эффектов менее чем за секунду, что может сократить продолжительность сеансов облучения в геометрической прогрессии. Новое исследование показывает, как использование протонного излучения вместо электронов или фотонов, наряду с другими техническими настройками, может превратить FLASH в мощный инструмент, который может доставлять излучение в миллисекундах.
Доктор Джеймс М. Метц, директор Центра протонной терапии Робертса и кафедра радиационной онкологии в Университете Пенсильвании в Филадельфии, является со-старшим и соответствующим автором нового исследования, которое публикуется в Международном журнале радиационной онкологии Биология и физика.
Тестирование протонной FLASH-терапии на раке
Как авторы объясняют в своей статье, предыдущие исследования показали, что FLASH-терапия убивает раковые клетки, сохраняя при этом нормальные ткани при раке головного мозга, легких, кишечника и кожи. Но есть ли порог мощности дозы для флэш-терапии? И могли бы ученые доставить FLASH намного быстрее, сохранив при этом его защитный эффект и противораковую эффективность?
Предыдущие исследования на мышах, по словам исследователей, показали, что увеличение скорости облучения электронной радиотерапией может защитить от когнитивного снижения во время облучения мозга. И в других моделях мышей — легочного фиброза и желудочно-кишечного радиационного синдрома — усиление электронного облучения защищает здоровые ткани.
Таким образом, исследователи настоящего исследования выдвинули гипотезу, что использование протонов вместо электронов в FLASH-терапии позволило бы доставлять более высокую дозу радиации, сохраняя при этом ее защитные эффекты. Кроме того, протонная терапия обычно считается более безопасной и более эффективной, чем электронная терапия.
Доказательство выполнимости протонной вспышки
Чтобы проверить свою гипотезу и «понять биологические эффекты протонных пучков FLASH», исследователи разработали и создали радиотерапевтический аппарат, который мог бы доставлять вспышку или стандартные мощности дозы облучения», используя протоны с двойным рассеянием в определенной геометрии.
Исследователи использовали «единственный карандашный луч» для создания «системы двойного рассеяния», таким образом, обходя трудности, которые мешали предыдущим исследовательским группам создавать необходимую дозировку излучения или размер поля.
Затем команда применила новый аппарат на мышиной модели рака поджелудочной железы и обнаружила, что он успешно нацелен на боковые опухоли рака поджелудочной железы, одновременно уменьшая повреждения желудочно-кишечного тракта.
«Мы смогли разработать специализированные системы в комнате для исследований, чтобы генерировать дозы FLASH, продемонстрировать, что мы можем контролировать пучок протонов, и выполнить большое количество экспериментов, чтобы помочь нам понять последствия FLASH-излучения, которые мы просто не могли сделать с более традиционной исследовательской установкой, » — объясняет доктор Метц.
«Это первый случай, когда кто-либо публикует результаты, которые демонстрируют возможность использования протонов, а не электронов, для генерации доз FLASH с ускорителем, который в настоящее время используется для клинического лечения».
Д-р Джеймс М. Мец
Далее исследователи планируют разработать аппарат, который бы таким же образом доставлял FLASH людям.
