Коли-небудь спеціалізовані системи можуть перешкодити онкохворим хворим з частинками, щоб пройти повний курс променевої терапії протягом декількох мікросекунд.
Використовуючи нову методику, відому як флеш-променева терапія, лікарі могли викорінити пухлини за частку часу та за частку вартості традиційної променевої терапії - принаймні теоретично. Поки що блискавична методика не стикалася з формальними клінічними випробуваннями на пацієнтах людини, хоча один чоловік отримав експериментальне лікування, повідомили в жовтні 2019 року в журналі «Радіотерапія та онкологія» дослідники. Тепер нове дослідження на мишах, опубліковане 9 січня в Міжнародному журналі радіаційної онкології, біології та фізики, ще більше продемонструвало обіцянку цієї терапії раку.
"Він має ту саму частоту контролю пухлини, але значно менший вплив на нормальну тканину", - сказав співавтор дослідження доктор Кіт Сенгель, доцент кафедри променевої онкології в лікарні Університету Пенсільванії.
Іншими словами, спочатку техніка спалаху вбиває пухлинні клітини, зберігаючи здорові тканини. Методика працює, бомбардуючи місце пухлини стійким потоком частинок, зазвичай легких частинок, званих фотонами, або негативно зарядженими електронами. Тепер Сенгель та його колеги кинули ще одну частинку в суміш: позитивно заряджений протон.
"Це унікально в тому сенсі, що ... цього ніколи не робилося", - сказала Марі-Катерина Возеніна, керівник лабораторії променевої онкології в університетській лікарні Лозанна в Швейцарії, яка не брала участь у дослідженні. Це не означає, що використання протонів для боротьби з раковими клітинами - це обов'язково краща стратегія, ніж використання фотонів чи електронів, додала вона. "Усі ці різні стратегії мають деякі плюси і мінуси".
Зважаючи на це, кожна частинка може бути однозначно підходить для націлювання певних типів пухлини на конкретні плями в тілі, тобто протони можуть запропонувати найкращий варіант лікування для деяких пацієнтів, сказав Сенгель.
Час є ключовим
Назва «спалах» просто відноситься до надшвидкої швидкості, з якою методика доставляє випромінювання на тканини-мішені. Вогненін зазначає, що клітини спалахують з тією ж загальною кількістю випромінювання, що і діюча терапія, але замість того, щоб вводити дозу протягом декількох тижнів протягом декількох сеансів, все лікування триває лише десяті частини секунди.
"Якщо ми можемо піти на соті секунди, це ще краще", - додала вона.
Швидкість робить всю різницю. У звичайній променевій терапії пацієнт може пройти десятки сеансів лікування, за цей час здорові тканини можуть пошкодитися задовго до загибелі пухлинних клітин. Але коли та сама доза випромінювання доставляється швидше, як при спалаху, здорові тканини залишаються незайманими. Точно, чому це відбувається, залишається загадкою.
"Це питання про мільйон доларів ... ми наполегливо працюємо, щоб спробувати зрозуміти це", - сказав Возенін. Дослідження свідчать, що швидкоплинна вибух радіації може спричинити зниження рівня кисню в здорових тканинах, які зазвичай містять набагато більше кисню, ніж ракові клітини. Пухлини протистоять традиційній променевій терапії, частково завдяки їх нестачі кисню, тому тимчасовий ефект, викликаний спалахом, може підсилити здорові клітини проти пошкодження, а також зменшити вироблення шкідливих вільних радикалів, згідно з звітом за 2019 рік у журналі Clinical Oncology.
Але це свідчення не пояснює, чому ракові клітини реагують на лікування інакше, ніж здорові клітини; Більше ймовірно, що механізми будуть грати, сказав Возенін.
Незалежно від того, чому це працює, спалах випромінювання здається перспективним у попередніх дослідженнях, хоча методика має обмеження. Фотони можна використовувати для націлювання на пухлини по всьому тілу, але машини, що стріляють частинками, ще не можуть вистрілити досить швидко, щоб досягти необхідної швидкості дози. Електрони з високою енергією можуть проникати в тканини, щоб дістати глибокі пухлини, але їх технологічно важко генерувати. Електрони з низькою енергією пропонують інший варіант, але вони можуть пробивати лише близько 2 дюймів (5 - 6 сантиметрів) плоті, сказав Сенгель.
Хоча електрони з низьким енергією можуть піклуватися про поверхневі пухлини, Сенгель та його колеги теоретизують, що протони можуть бути краще підходити для націлення на ракові клітини, розташовані глибше в організмі. Щоб перевірити свою ідею, їм довелося побудувати правильні інструменти для роботи.
Поставити на випробування
Команда використовувала існуючий протонний прискорювач, відомий як циклотрон, для проведення експериментів, але вніс ряд модифікацій. Трюк полягав у тому, щоб збільшити швидкість, з якою протони можна було звільнити з машини, а також розробити стратегії для моніторингу, де протони приземлилися і в якій кількості. За наявності такої інфраструктури команда могла б краще контролювати струм протонів, що витікає з циклотрону, "на кшталт крана, який можна включити повним вибухом або крапелем", - сказав Ценгель.
Потім команда націлила свій циклотрон на модельних мишей. Індуковані пухлини зростали в підшлунковій залозі тварин і вздовж їх верхніх відділів кишечника, тому дослідники посилали єдиний пульс випромінювання через черевні порожнини гризунів. Спалах тривав від 100 до 200 мілісекунд, і, вишикувавши багато протонних пучків поруч один з одним, як сирі спагетті в тісній трубці, команда одним ударом вразила всю черевну порожнину.
Як і очікувалося, лікування стримувало ріст пухлини та рубцювання тканин, які, як правило, є наслідком раку, залишаючи при цьому здорову тканину непошкодженою. "Це перше незаперечне свідчення ефекту" спалаху "in vivo з тонкою кишкою в якості мішені, використовуючи протони замість фотонів або ... електронів", Вінсент Фаводон, директор з досліджень Інституту Кюрі в Парижі, який не брав участь у дослідження, розповів Live Science в електронному листі.
Незважаючи на успіх, дослідження проводилося на мишах, "і в невеликих обсягах, що не буває у пацієнтів", - сказав Возенін. Іншими словами, у своєму нинішньому вигляді техніка протонного спалаху може обробляти лише невелику ділянку тканини за один раз. Зазначила, що цю техніку доведеться значно розширити, перш ніж вона буде готова до випробувань на великих тваринах, а зрештою і на людях.
"Основне обмеження полягає в нормі дози", - додав Фаводон. Дослідження свідчать, що здорові тканини починають отримувати пошкодження, якщо піддаються спалаху випромінювання протягом більше 100 мілісекунд, сказав він. "Введення дози одномікросекундним імпульсом завжди краще. Отже, завдання полягає в тому, щоб збільшити швидкість дози в два рази в п'ять і навіть більше".
Cengel та його колеги планують продовжувати оптимізувати свої інструменти та методи, працюючи над тим, щоб визначити, яка швидкість дози приносить найбільшу терапевтичну користь. Таким чином, команда проводить клінічне випробування на сортах, але з тваринами в якості початкових суб'єктів. Тим часом Возеніна та її колеги незабаром розпочнуть перші клінічні випробування на людських пацієнтах, щоб перевірити власні спалахи. Використовуючи низько енергетичні електрони, вони спрямовані на лікування поверхневих пухлин, таких як рак шкіри.
"Якщо ми зможемо перевірити концепцію спалаху у великому обсязі та в клінічних додатках, то це, ймовірно, змінить всю променеву терапію", - сказав Возенін. Вона сказала, що очікує, що деяка версія спалаху може бути широко доступною для онкологічних хворих протягом найближчих 10 років. Фаводон сказав, що лікування, спрямоване на поверхневі пухлини, а також на ті, що піддаються хірургічному втручанню, може бути готове протягом двох років. За його словами, методи, що використовують високоенергетичні електрони та протонні промені, можуть бути готові протягом п'яти до 10 років.
Припускаючи, що спалах вивітрює дорогу до справжніх пацієнтів, ця методика може дозволити лікарям орієнтуватися на пухлини, які колись протистояли лікуванню радіацією, сказав Сенгель.
"Ми могли буквально ставитися до речей, які неможливо лікувати і вилікувати людей, яких неможливо вилікувати", - сказав він. "Очевидно, велике зерно солі на всьому цьому".
