Когда-нибудь новые исследования предполагают, что когда-нибудь специализированные системы смогут заградить больных раком частицами для проведения полного курса лучевой терапии всего за несколько микросекунд.
Используя новейшую технику, известную как флэш-радиотерапия, врачи могли бы ликвидировать опухоли за короткий промежуток времени и за часть стоимости традиционной лучевой терапии - по крайней мере, в теории. До сих пор молниеносная техника не проходила формальных клинических испытаний на людях, хотя один человек получил экспериментальное лечение, сообщили исследователи в октябре 2019 года в журнале Radiotherapy and Oncology. Теперь новое исследование на мышах, опубликованное 9 января в Международном журнале радиационной онкологии, биологии и физики, еще раз продемонстрировало перспективность этой терапии рака.
«Он имеет такой же уровень контроля опухоли, но значительно меньше влияет на нормальные ткани», - сказал соавтор исследования доктор Кит Кенгель, доцент кафедры радиационной онкологии в больнице Пенсильванского университета.
Другими словами, техника вспышки, по-видимому, убивает опухолевые клетки, сохраняя при этом здоровые ткани. Техника работает путем бомбардировки места опухоли постоянным потоком частиц, обычно легких частиц, называемых фотонами, или отрицательно заряженных электронов. Теперь Cengel и его коллеги бросили в смесь еще одну частицу: положительно заряженный протон.
«Это уникально в том смысле, что… этого никогда не было», - сказала Мари-Екатерина Возенин, руководитель лаборатории радиационной онкологии в Университетской больнице Лозанны в Швейцарии, которая не участвовала в исследовании. Это не значит, что использование протонов для борьбы с раковыми клетками, безусловно, является лучшей стратегией, чем использование фотонов или электронов, добавила она. «У всех этих разных стратегий есть свои плюсы и минусы».
Тем не менее, каждая частица может быть уникально приспособлена для нацеливания на определенные типы опухолей в определенных точках тела, а это означает, что протоны могут предложить лучший вариант лечения для некоторых пациентов, сказал Кенгель.
Время является ключевым
Название «вспышка» просто относится к сверхбыстрой скорости, с которой техника доставляет излучение к тканям-мишеням. По словам Возенина, клетки флэш-памяти бьют по тому же общему количеству излучения, что и существующие методы лечения, но вместо того, чтобы вводить дозу в течение нескольких недель в течение сеансов продолжительностью несколько минут, вся процедура длится всего десятые доли секунды, сказал Возенин.
«Если мы сможем перейти на сотые доли секунды, это даже лучше», добавила она.
Скорость имеет все значение. При обычной лучевой терапии пациент может пройти десятки сеансов лечения, в течение которых здоровые ткани могут быть повреждены задолго до гибели опухолевых клеток. Но когда такая же доза облучения доставляется с большей скоростью, как при вспышке, здоровые ткани остаются невредимыми. Почему именно это происходит, остается загадкой.
«Это вопрос на миллион долларов ... мы прилагаем все усилия, чтобы понять это», - сказал Возенин. Исследования показывают, что мимолетный выброс радиации может вызвать снижение уровня кислорода в здоровых тканях, которые обычно содержат гораздо больше кислорода, чем раковые клетки. Опухоли противостоят традиционной лучевой терапии, отчасти из-за недостатка кислорода, поэтому временный эффект, вызванный вспышкой, может укрепить здоровые клетки от повреждения, а также снизить выработку вредных свободных радикалов, согласно отчету 2019 года в журнале Clinical Oncology.
Но это доказательство не объясняет, почему раковые клетки реагируют на лечение иначе, чем здоровые; По словам Возенина, возможно, будет задействовано больше механизмов.
Независимо от того, почему это работает, излучение вспышки кажется многообещающим в предварительных исследованиях, хотя методика имеет ограничения. Фотоны можно использовать для нацеливания на опухоли по всему телу, но машины, которые стреляют в частицы, еще не могут выстрелить достаточно быстро, чтобы достичь необходимой мощности дозы. Электроны высоких энергий могут проникать в ткани, чтобы достичь глубоких опухолей, но их технологически трудно генерировать. Электроны низкой энергии предлагают другой вариант, но они могут проникать сквозь плоть всего лишь около 2 дюймов (5-6 сантиметров), сказал Кенгель.
В то время как низкоэнергетические электроны могут заботиться о поверхностных опухолях, Ценгель и его коллеги предположили, что протоны могут лучше подходить для нацеливания на раковые клетки, расположенные глубже в теле. Чтобы проверить свою идею, они должны были создать правильные инструменты для работы.
Испытать
Команда использовала существующий ускоритель протонов, известный как циклотрон, для запуска экспериментов, но внесла ряд изменений. Хитрость заключалась в том, чтобы увеличить скорость, с которой протоны могли запускаться из машины, и в то же время разработать стратегии для мониторинга, где приземлились протоны и в каком количестве. С этой инфраструктурой команда могла бы лучше контролировать ток протонов, вытекающих из циклотрона, «что-то вроде крана, который можно включить на полную мощность», - сказал Кенгель.
Затем команда нацелила свой циклотрон на модельных мышей. Индуцированные опухоли росли в поджелудочной железе животных и вдоль их верхних отделов кишечника, поэтому исследователи направили один импульс излучения через брюшную полость грызунов. Вспышка длилась от 100 до 200 миллисекунд, и, выстроив множество протонных пучков рядом друг с другом, как сырые спагетти в тесной трубке, команда одним ударом поразила всю брюшную полость.
Как и ожидалось, лечение остановило рост опухоли и рубцевание ткани, которое обычно возникает в результате рака, при этом оставшаяся здоровая ткань не пострадала. «Это первое неопровержимое доказательство эффекта« вспышки »in vivo, когда тонкая кишка в качестве мишени использует протоны вместо фотонов или ... электронов», - Винсент Фаводон, директор по исследованиям в Институте Кюри в Париже, который не участвовал в исследования, рассказал Live Science в электронном письме.
Несмотря на успех, исследование проводилось на мышах, "и в небольших объемах, что не так у пациентов", сказал Возенин. Другими словами, в своей нынешней форме метод протонной вспышки может обрабатывать только небольшой участок ткани за один раз. Техника должна быть значительно расширена, прежде чем она будет готова для тестирования на более крупных животных и, в конечном итоге, у людей, сказала она.
«Основное ограничение заключается в мощности дозы», - добавил Фаводон. Исследования показывают, что здоровые ткани начинают подвергаться повреждению при воздействии вспышки излучения более 100 миллисекунд, сказал он. «Доставка дозы за один микросекундный импульс всегда лучше. Таким образом, задача состоит в том, чтобы увеличить мощность дозы в два-пять раз или даже больше».
Cengel и его коллеги планируют продолжить оптимизацию своих инструментов и методов, работая над тем, чтобы определить, какая мощность дозы обеспечивает наибольшую терапевтическую пользу. Таким образом, команда проводила клинические испытания, но с животными в качестве начальных субъектов. Тем временем, Возенин и ее коллеги скоро начнут первые клинические испытания на людях, чтобы проверить их собственные методы вспышки. Используя низкоэнергетические электроны, они стремятся лечить поверхностные опухоли, такие как опухоли кожи.
«Если мы сможем подтвердить концепцию вспышки в большом объеме и в клинических приложениях, то это, вероятно, изменит всю лучевую терапию», - сказал Возенин. Она сказала, что ожидает, что какая-то версия радиационного излучения может быть широко доступна для больных раком в течение следующих 10 лет. Фаводон сказал, что лечение, нацеленное на поверхностные опухоли, а также на опухоли, подвергшиеся хирургическому вмешательству, может быть готово в течение двух лет. По его словам, технологии с использованием высокоэнергетических электронов и протонных пучков могут быть готовы в течение пяти-десяти лет.
Предполагая, что внезапные погодные условия станут дорогой для реальных людей, эта техника может позволить врачам нацеливаться на опухоли, которые когда-то бросали вызов лечению радиацией, сказал Кенгель.
«Мы можем буквально лечить вещи, которые невозможно лечить, и лечить людей, которых невозможно лечить», - сказал он. «Очевидно, большое количество соли на все это».
