Eräänä päivänä erikoistuneet järjestelmät voisivat estää syöpäpotilaat hiukkasilla tuottamaan täyden sädehoidon kurssin pelkällä mikrosekunnilla, uuden tutkimuksen mukaan.
Käyttämällä kehittyvää tekniikkaa, jota kutsutaan flash-säteilyhoitoksi, lääkärit pystyivät hävittämään kasvaimet murto-osassa ajasta ja murto-osalla perinteisen sädehoidon kustannuksista - ainakin teoriassa. Tähän mennessä salamannopealla tekniikalla ei ole ollut muodollisia kliinisiä tutkimuksia ihmispotilailla, vaikka yksi mies sai kokeellista hoitoa, tutkijat kertoivat lokakuussa 2019 Radiotherapy and Oncology -lehdessä. Nyt uusi hiiretutkimus, joka julkaistiin 9. tammikuuta International Journal of Radiation Oncology, Biology and Physics -lehdessä, on edelleen osoittanut tämän syöpähoidon lupauksen.
"Sillä on sama tuumorin hallintaprosentti, mutta huomattavasti vähemmän vaikutusta normaaliin kudokseen", sanoi tutkimuksen avustaja tohtori Keith Cengel, säteilyn onkologian apulaisprofessori Pennsylvanian yliopiston sairaalassa.
Toisin sanoen flash-tekniikka näyttää tappavan tuumorisolut säästäen samalla terveitä kudoksia. Tekniikka toimii pommittamalla tuumorikohtaa tasaisella hiukkasvirralla, yleensä kevyillä hiukkasilla, joita kutsutaan fotoneiksi tai negatiivisesti varautuneina elektroneina. Nyt Cengel ja hänen kollegansa ovat heittäneet sekoitukseen toisen hiukkasen: positiivisesti varautuneen protonin.
"Se on ainutlaatuinen siinä mielessä, että ... sitä ei ole koskaan tehty", kertoi Sveitsin Lausannen yliopistollisen sairaalan säteilyonkologian laboratorion johtaja Marie-Catherine Vozenin, joka ei ollut mukana tutkimuksessa. Se ei tarkoita, että protonien sijoittaminen syöpäsoluja vastaan olisi välttämättä parempi strategia kuin fotonien tai elektronien käyttö, hän lisäsi. "Kaikilla näillä eri strategioilla on joitain etuja ja haittoja."
Jokainen partikkeli voi kuitenkin olla yksilöllisesti sopiva kohdistamaan tiettyihin kasvaintyyppeihin kehon spesifisissä kohdissa, mikä tarkoittaa, että protonit voivat tarjota parhaan hoitomahdollisuuden joillekin potilaille, Cengel sanoi.
Ajoitus on avain
Nimi "salama" viittaa yksinkertaisesti ultranopeuteen, jolla tekniikka välittää säteilyä kohdekudoksiin. Salama pumppaa soluja samalla säteilymäärällä kuin nykyisissä terapioissa, mutta sen sijaan, että annettaisiin annosta useiden viikkojen välillä minuutteina, koko hoito kestää vain sekunnin kymmenesosat, Vozenin kertoi.
"Jos voimme mennä sekunninosaan sadasta, se on vielä parempi", hän lisäsi.
Nopeus tekee kaikki eron. Tavanomaisessa säteilyhoidossa potilas voi käydä läpi kymmeniä hoitojaksoja, joiden aikana terveet kudokset voivat vaurioitua kauan ennen kuin kasvainsolut menevät. Mutta kun sama säteilyannos välitetään nopeammin, kuten salaman kanssa, terveet kudokset pysyvät ehjinä. Juuri miksi näin tapahtuu, on edelleen mysteeri.
"Se on miljoonan dollarin kysymys ... yritämme kovasti ymmärtää sitä", Vozenin sanoi. Tutkimukset viittaavat siihen, että ohimenevä säteilypurkaus voi aiheuttaa happea pienentymisen terveissä kudoksissa, jotka sisältävät tyypillisesti paljon enemmän happea kuin syöpäsolut. Kasvaimet vastustavat perinteistä sädehoitoa osittain hapen puutteen ansiosta, joten välähdyksen aiheuttama väliaikainen vaikutus voi vahvistaa terveitä soluja vaurioita vastaan ja vähentää haitallisten vapaiden radikaalien tuotantoa, sanotaan kliinisen onkologian lehdessä vuonna 2019 laaditussa raportissa.
Mutta tämä näyttö ei selitä miksi syöpäsolut reagoivat hoitoon eri tavalla kuin terveet solut; enemmän mekanismeja todennäköisesti pelataan, Vozenin sanoi.
Huolimatta siitä, miksi se toimii, salaman säteily vaikuttaa lupaavalta alustavissa tutkimuksissa, vaikka tekniikalla onkin rajoituksia. Fotoneja voidaan käyttää kohdistumaan kasvaimiin koko kehossa, mutta hiukkasia ampuvat koneet eivät voi vielä ampua riittävän nopeasti saavuttaakseen tarvittava annosnopeus. Korkean energian elektronit voivat tunkeutua kudoksiin saavuttaakseen syvälle kasvavat kasvaimet, mutta niiden tuottaminen on teknisesti vaikeaa. Matalan energian elektronit tarjoavat toisen vaihtoehdon, mutta nämä voivat lävistää vain noin 2 tuumaa (5-6 senttimetriä) lihaa, Cengel sanoi.
Vaikka matalaenergiaiset elektronit voivat hoitaa pintakasvaimia, Cengel ja hänen kollegansa ajattelivat, että protonit saattavat olla paremmin sopivia kehon syvemmälle sijaitseviin syöpäsoluihin. Idean testaamiseksi heidän oli rakennettava työhön oikeat työkalut.
Koetta
Ryhmä käytti olemassa olevaa protonikiihdytinta, joka tunnetaan nimellä syklotroni, kokeiden suorittamiseen, mutta teki useita muutoksia. Temppu oli nostaa nopeutta, jolla protoneja voidaan ampua koneelta, samalla kehittämällä strategioita myös seurataksesi missä protonit laskeutuivat ja missä määrin. Tämän infrastruktuurin ollessa paikallaan joukkue voisi paremmin hallita syklotronista virtaavien protonien virtaa "sellaisenaan kuin hana, jonka voit kytkeä täyteen räjähdykseen tai tippuun", Cengel sanoi.
Sitten joukkue kohdisti syklotroninsa mallihiiriin. Indusoidut kasvaimet kasvoivat eläinten haimoissa ja niiden yläsuolia pitkin, joten tutkijat lähettivät yhden säteilypulssin jyrsijöiden vatsaonteloiden läpi. Salama kesti 100 - 200 millisekuntia, ja sijoittamalla useita protonisäteitä toistensa viereen, kuten keittämättömät spagetit tiukassa putkessa, joukkue löi koko vatsaontelon yhdellä laukauksella.
Odotetulla tavalla hoito vaikeutti kasvaimen kasvua ja kudosten arpia, jotka tyypillisesti johtuvat syövästä, jättäen samalla lähellä olevat terveet kudokset vahingoittumattomiksi. "Tämä on ensimmäinen kiistämätön todiste" flash "-vaikutuksesta in vivo ohutsuolessa kohteena, joka käyttää protoneja fotonien tai… elektronien sijasta", Vincent Favaudon, Pariisin Institut Curie -yrityksen tutkimusjohtaja, joka ei ollut mukana tutkimuksen, kertoi Live Science: lle sähköpostitse.
Vaikka tutkimus oli onnistunut, se tehtiin hiirillä "ja pieninä määrinä, mikä ei ole potilaiden tapaus", Vozenin kertoi. Toisin sanoen protonin salamatekniikka voi nykyisessä muodossaan hoitaa vain pienen alueen kudosta kerralla. Tekniikka on mitoitettava huomattavasti, ennen kuin se on valmis testaamaan suurilla eläimillä ja lopulta ihmisillä, hän sanoi.
"Tärkein rajoitus on annosnopeus", Favaudon lisäsi. Tutkimus osoittaa, että terveille kudoksille alkaa aiheutua vahinkoja, jos ne altistetaan välähdykselle yli 100 millisekunnin ajan, hän sanoi. "Annoksen toimittaminen yhden mikrosekunnin pulssilla on aina parempi. Joten haasteena on kasvattaa annosnopeutta kahdesta viiteen tai jopa enemmän."
Cengel ja hänen kollegansa suunnittelevat jatkavansa työkalujensa ja tekniikoidensa optimointia samalla kun pyritään selvittämään, mikä annosnopeus tarjoaa eniten terapeuttista hyötyä. Tällä tavalla joukkue suorittaisi erilaisia kliinisiä tutkimuksia, mutta lähtökohteina eläimet. Samaan aikaan Vozenin ja hänen kollegansa aloittavat pian ensimmäiset kliiniset tutkimukset ihmispotilailla omien salaustekniikoidensa testaamiseksi. Käyttämällä vähän energiaa kuluttavia elektroneja, niiden tavoitteena on hoitaa pinnallisia kasvaimia, kuten ihosyöpissä havaittuja.
"Jos pystymme validoimaan salamakonseptin suurissa määrin ja kliinisissä sovelluksissa, se todennäköisesti muuttaa kaikkia sädehoitoja", Vozenin sanoi. Hän sanoi, että hän odottaa, että jotkut salamavalonsäteilyversiot saattavat olla laajalti saatavissa syöpäpotilaille seuraavan 10 vuoden aikana. Favaudon kertoi, että sekä pintakasvaimiin että leikkauksen kautta alttiina olevat hoidot voisivat olla valmiita kahden vuoden sisällä. Suuritehoisia elektroneja ja protonisäteitä käyttävät tekniikat voisivat olla valmiita viidestä kymmeneen vuoteen, hän sanoi.
Jos oletetaan, että salama sää kulkee tiensä todellisiin ihmispotilaisiin, tekniikka voisi antaa lääkäreille mahdollisuuden kohdistua kasvaimiin, jotka olivat kerran vastustaneet säteilyhoitoa, Cengel sanoi.
"Voisimme kirjaimellisesti käsitellä asioita, joita ei ole mahdollista hoitaa ja parantaa ihmisiin, joita ei ole mahdollista parantaa", hän sanoi. "Ilmeisesti iso jyvä suolaa kaikelle."
