stringtranslate.com

Частичная терапия

Терапия частицами — это форма внешней лучевой терапии с использованием пучков энергичных нейтронов , протонов или других более тяжелых положительных ионов для лечения рака. Наиболее распространенным типом терапии частиц по состоянию на август 2021 года является протонная терапия . [1]

В отличие от рентгеновских лучей ( фотонных лучей), используемых в старой лучевой терапии, пучки частиц демонстрируют пик Брэгга в потерях энергии через тело, доставляя максимальную дозу облучения в опухоль или рядом с ней и сводя к минимуму повреждение окружающих нормальных тканей.

Терапию частицами также называют более технически адронной терапией , исключая фотонную и электронную терапию . Здесь также не рассматривается нейтронно-захватная терапия , зависящая от вторичной ядерной реакции. Также были предприняты попытки мюонной терапии, редкого типа терапии частицами, не входящего в вышеперечисленные категории; [2] однако мюоны по-прежнему чаще всего используются для визуализации, а не для терапии. [3]

Метод

В отличие от электронов или рентгеновских лучей, доза протонов, попадающая в ткань, максимальна на последних нескольких миллиметрах пробега частицы.

Терапия частицами работает путем направления энергичных ионизирующих частиц на целевую опухоль. [4] [5] Эти частицы повреждают ДНК клеток тканей, в конечном итоге вызывая их гибель. Из-за пониженной способности восстанавливать ДНК раковые клетки особенно уязвимы к таким повреждениям.

На рисунке показано, как пучки электронов, рентгеновских лучей или протонов различной энергии (выраженной в МэВ ) проникают в ткани человека. Электроны имеют небольшой радиус действия и поэтому представляют интерес только вблизи кожи (см. электронная терапия ). Тормозное рентгеновское излучение проникает глубже, но доза , поглощенная тканью, демонстрирует типичный экспоненциальный спад с увеличением толщины. С другой стороны, для протонов и более тяжелых ионов доза увеличивается по мере того, как частица проникает в ткань и постоянно теряет энергию . Следовательно, доза увеличивается с увеличением толщины до пика Брэгга , который возникает вблизи конца пробега частицы . За пиком Брэгга доза падает до нуля (для протонов) или почти до нуля (для более тяжелых ионов).

Преимущество этого профиля энерговыделения состоит в том, что меньше энергии передается в здоровую ткань, окружающую ткань-мишень. Это позволяет назначать более высокие дозы опухоли, что теоретически приводит к более высокому уровню местного контроля, а также к достижению низкого уровня токсичности. [6]

Ионы сначала ускоряются с помощью циклотрона или синхротрона . Конечная энергия возникающего пучка частиц определяет глубину проникновения и, следовательно, место максимального энерговыделения. Поскольку луч легко отклонить с помощью электромагнитов в поперечном направлении, можно использовать метод растрового сканирования , т. е. быстро сканировать область мишени так же, как электронный луч сканирует телевизионную трубку. Если, кроме того, варьировать энергию луча и, следовательно, глубину проникновения, можно охватить весь объем мишени в трех измерениях, обеспечивая облучение, точно повторяющее форму опухоли. Это одно из больших преимуществ по сравнению с традиционной рентгеновской терапией.

По состоянию на конец 2008 года в мире действовало 28 лечебных учреждений, и более 70 000 пациентов прошли лечение пионами , [ 7] [8] протонами и более тяжелыми ионами. Большая часть этой терапии проводилась с использованием протонов. [9]

По состоянию на конец 2013 года 105 000 пациентов прошли лечение протонными пучками [10] и около 13 000 пациентов получили углерод-ионную терапию. [11]

По состоянию на 1 апреля 2015 года в мире имеется 49 объектов протонно-лучевой терапии, в том числе 14 в США и еще 29 объектов в стадии строительства. В области углерод-ионной терапии действуют восемь центров и четыре строятся. [11] Центры углеродно-ионной терапии существуют в Японии, Германии, Италии и Китае. Два федеральных агентства США надеются стимулировать создание по крайней мере одного центра терапии тяжелыми ионами в США. [11]

Протонная терапия

Протонная терапия — это тип терапии частицами, при котором пучок протонов используется для облучения больных тканей , чаще всего для лечения рака . Главное преимущество протонной терапии перед другими видами дистанционной лучевой терапии (например, лучевой терапией или фотонной терапией) заключается в том, что доза протонов осаждается в узком диапазоне глубины, что приводит к минимальной дозе входа, выхода или рассеянному излучению. к здоровым близлежащим тканям. Высокие мощности дозы являются ключом к успеху в лечении рака. PSI продемонстрировал, что для установки протонной терапии на основе циклотрона с использованием импульсного охлаждения можно достичь замечательных мощностей дозы 952 Гр/с и 2105 Гр/с на пике Брэгга (в воде) для пучков с энергией 70 МэВ и 230 МэВ соответственно. В сочетании с гребневыми фильтрами, специфичными для конкретной области, становится возможной протонная терапия FLASH на основе пика Брэгга. [12]

Терапия быстрыми нейтронами

В терапии быстрыми нейтронами для лечения рака используются нейтроны высокой энергии , обычно от 50 до 70 МэВ . Большинство пучков терапии быстрыми нейтронами производятся реакторами, циклотронами (d+Be) и линейными ускорителями. Нейтронная терапия в настоящее время доступна в Германии, России, Южной Африке и США. В США действуют три лечебных центра в Сиэтле, Вашингтоне, Детройте, Мичигане и Батавии, штат Иллинойс. Центры в Детройте и Сиэтле используют циклотрон, который производит пучок протонов, воздействующий на бериллиевую мишень; Центр Батавии в Фермилабе использует линейный ускоритель протонов.

Углеродная ионная лучевая терапия

Терапия ионами углерода (C-ion RT) использует частицы более массивные, чем протоны или нейтроны. Углеродная лучевая терапия все больше привлекает научное внимание, поскольку технологические варианты ее проведения улучшились, а клинические исследования продемонстрировали ее преимущества в лечении многих видов рака, таких как рак предстательной железы, головы и шеи, легких и печени, саркомы костей и мягких тканей, местно-рецидивирующий рак прямой кишки, и рак поджелудочной железы, включая местно-распространенное заболевание. Он также имеет явные преимущества в лечении трудноизлечимых гипоксических и радиорезистентных раковых заболеваний, одновременно открывая возможности для существенно гипофракционированного лечения нормальных и радиочувствительных заболеваний.

К середине 2017 года более 15 000 пациентов прошли лечение по всему миру в более чем 8 операционных центрах. Япония была заметным лидером в этой области. В настоящее время действуют пять установок лучевой терапии тяжелыми ионами, и в ближайшем будущем планируется построить еще несколько установок. В Германии этот вид лечения доступен в Гейдельбергском центре ионно-лучевой терапии (HIT) и в Марбургском центре ионно-лучевой терапии (MIT). В Италии такое лечение проводит Национальный центр онкологической адронтерапии (CNAO). В 2017 году Австрия откроет центр CIRT, а вскоре откроются центры в Южной Корее, Тайване и Китае. В настоящее время в Соединенных Штатах не работает ни один объект CIRT, но некоторые из них находятся на разных стадиях разработки. [13]

Биологические преимущества лучевой терапии тяжелыми ионами

С точки зрения радиационной биологии, существует немало оснований поддерживать использование пучков тяжелых ионов для лечения онкологических больных. Все виды лучевой терапии протонами и другими тяжелыми ионами демонстрируют определенный пик Брэгга в организме, поэтому они доставляют максимальную смертельную дозу в опухоль или рядом с ней. Это сводит к минимуму вредное излучение для окружающих нормальных тканей. Однако ионы углерода тяжелее протонов и поэтому обеспечивают более высокую относительную биологическую эффективность (ОБЭ), которая увеличивается с глубиной и достигает максимума в конце дальности действия луча. Таким образом, ОБЭ пучка ионов углерода увеличивается по мере продвижения ионов глубже в область расположения опухоли. [14] CIRT обеспечивает самую высокую линейную передачу энергии (LET) среди всех доступных в настоящее время форм клинического излучения. [15] Такая доставка высокой энергии к опухоли приводит к множеству двухцепочечных разрывов ДНК, которые опухоли очень трудно восстановить. Обычное облучение вызывает в основном одноцепочечные разрывы ДНК, которые могут позволить многим опухолевым клеткам выжить. Более высокая общая клеточная смертность, вызванная CIRT, также может обеспечить более четкую сигнатуру антигена для стимуляции иммунной системы пациента. [16] [17]

Частичная терапия движущихся целей

Точность терапии частицами опухолей, расположенных в грудной и брюшной областях, сильно зависит от движения мишени. Смягчение его негативного влияния требует передовых методов мониторинга положения опухоли (например, флюороскопическая визуализация имплантированных рентгеноконтрастных реперных маркеров или электромагнитное обнаружение вставленных транспондеров) и облучения (стробирование, повторное сканирование, стробированное повторное сканирование и отслеживание опухоли). [18]

Рекомендации

  1. ^ Мацумото, Ю.; Фукумицу, Н.; Исикава, Х.; Накаи, К.; Сакураи, Х. (2021). «Критический обзор лучевой терапии: от лучевой терапии частиц (протонов, углерода и БНЗТ) до ее пределов». Журнал персонализированной медицины . 11 (8): 825. дои : 10.3390/jpm11080825 . ПМК  8399040 . ПМИД  34442469.
  2. ^ Лю, Донг; Ву, Чон-Кван (2020). «Исследование мюонной терапии». Новая физика: SAE Mulli . 70 (2): 148–152. дои : 10.3938/NPSM.70.148. S2CID  214039747.
  3. ^ Ян, Гуанлян; Кларксон, Тони; Гарднер, Саймон; Ирландия, Дэвид; Кайзер, Ральф; Махон, Дэвид; Джебали, Рэмси Эл; Ширер, Крейг; Райан, Мэтью (2019). «Новые методы визуализации мюонов». Философские труды Королевского общества A: Математические, физические и технические науки . 377 (2137). Бибкод : 2019RSPTA.37780062Y. дои : 10.1098/rsta.2018.0062. ПМК 6335303 . ПМИД  30530538. 
  4. ^ Амальди У, Крафт Г (2005). «Лучевая терапия пучками ионов углерода». Отчеты о прогрессе в физике . 68 (8): 1861–1882. Бибкод : 2005РПФ...68.1861А. дои : 10.1088/0034-4885/68/8/R04.
  5. ^ Якель О (2007). «Современное состояние адронной терапии». Материалы конференции AIP . 958 (1): 70–77. Бибкод : 2007AIPC..958...70J. дои : 10.1063/1.2825836.
  6. ^ Мохан, Радхе; Гроссханс, Дэвид (январь 2017 г.). «Протонная терапия – настоящее и будущее». Обзоры расширенной доставки лекарств . 109 : 26–44. doi :10.1016/j.addr.2016.11.006. ПМК 5303653 . ПМИД  27919760. 
  7. ^ фон Эссен К.Ф., Бэгшоу М.А., Буш С.Е., Смит А.Р., Клигерман М.М. (сентябрь 1987 г.). «Отдаленные результаты пионной терапии в Лос-Аламосе». Международный журнал радиационной онкологии, биологии, физики . 13 (9): 1389–98. дои : 10.1016/0360-3016(87)90235-5. ПМИД  3114189.
  8. ^ «TRIUMF: Терапия рака пионами». Архивировано из оригинала 5 декабря 2008 г.
  9. ^ PTCOG: Кооперативная группа по терапии частицами
  10. ^ Джерманн М (май 2014 г.). «Статистика терапии частицами в 2013 году». Международный журнал терапии частиц . 1 (1): 40–43. doi : 10.14338/IJPT.14-editorial-2.1 .
  11. ^ abc Kramer D (01.06.2015). «Углеродно-ионная терапия рака обещает быть многообещающей». Физика сегодня . 68 (6): 24–25. Бибкод : 2015PhT....68f..24K. дои : 10.1063/PT.3.2812 . ISSN  0031-9228.
  12. ^ Марадия В., Меер Д., Доллинг Р. и др. Демонстрация импульсного охлаждения для повышения потенциала лечения рака с помощью протонной терапии. Нат. Физ. (2023). https://doi.org/10.1038/s41567-023-02115-2
  13. ^ Цудзи Х (2017). «Обзор углеродно-ионной лучевой терапии». Физический журнал: серия конференций . 777 (1): 012032. Бибкод : 2017JPhCS.777a2032T. дои : 10.1088/1742-6596/777/1/012032 .
  14. ^ Цудзи Х, Камада Т, Шираи Т, Нода К, Цудзи Х, Карасава К, ред. (2014). Углеродно-ионная лучевая терапия: принципы, практика и планирование лечения . Спрингер. ISBN 978-4-431-54456-2.
  15. ^ Андо К., Койке С., Оохира С., Огиу Т., Ятагай Ф. (июнь 2005 г.). «Индукция опухоли у мышей, локально облученных ионами углерода: ретроспективный анализ». Журнал радиационных исследований . 46 (2): 185–90. Бибкод : 2005JRadR..46..185A. дои : 10.1269/млр.46.185 . ПМИД  15988136.
  16. ^ Эбнер Д.К., Камада Т. (2016). «Новая роль углеродно-ионной лучевой терапии». Границы онкологии . 6 : 140. doi : 10.3389/fonc.2016.00140 . ПМЦ 4894867 . ПМИД  27376030. 
  17. ^ «Побочные эффекты лучевой терапии». 17 мая 2019 г.Суббота, 3 августа 2019 г.
  18. ^ Кубяк Т. (октябрь 2016 г.). «Частичная терапия движущихся мишеней - стратегии мониторинга движения опухоли и облучения движущихся мишеней». Британский журнал радиологии . 89 (1066): 20150275. doi :10.1259/bjr.20150275. ПМК 5124789 . ПМИД  27376637. 

Внешние ссылки