stringtranslate.com

Терапия частицами

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 частицами по состоянию на август 2021 года является протонная терапия . [1]

В отличие от рентгеновских лучей ( фотонных пучков), используемых в старой радиотерапии, пучки частиц демонстрируют пик Брэгга при потере энергии через тело, доставляя максимальную дозу облучения в опухоль или вблизи нее и сводя к минимуму повреждение окружающих нормальных тканей.

Терапия частицами также технически называется адронной терапией , исключая фотонную и электронную терапию . Терапия нейтронным захватом , которая зависит от вторичной ядерной реакции, также здесь не рассматривается. Мюонная терапия, редкий тип терапии частицами, не входящий в категории выше, также изучалась теоретически; [2] однако мюоны по-прежнему чаще всего используются для визуализации, а не для терапии. [3]

Метод

В отличие от электронов или рентгеновских лучей, доза облучения тканей протонами максимальна на последних нескольких миллиметрах пробега частицы.

Терапия частицами работает, направляя энергичные ионизирующие частицы на целевую опухоль. [4] [5] Эти частицы повреждают ДНК клеток тканей, в конечном итоге вызывая их смерть. Из-за сниженной способности восстанавливать ДНК раковые клетки особенно уязвимы для такого повреждения.

На рисунке показано, как пучки электронов, рентгеновских лучей или протонов с различной энергией (выраженной в МэВ ) проникают в ткани человека. Электроны имеют короткий пробег и поэтому представляют интерес только вблизи кожи (см. электронная терапия ). Тормозное рентгеновское излучение проникает глубже, но доза, поглощенная тканью, затем показывает типичный экспоненциальный спад с увеличением толщины. Для протонов и более тяжелых ионов, с другой стороны, доза увеличивается, пока частица проникает в ткань и непрерывно теряет энергию . Следовательно, доза увеличивается с увеличением толщины вплоть 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 распределения энергии заключается в том, что меньше энергии распределяется по здоровой ткани, окружающей целевую ткань. Это позволяет назначать более высокую дозу для опухоли, что теоретически приводит к более высокому уровню локального контроля, а также к достижению низкого уровня токсичности. [6]

Сначала ионы ускоряются с помощью циклотрона или синхротрона . Конечная энергия выходящего пучка частиц определяет глубину проникновения и, следовательно, место максимального энерговыделения. Поскольку легко отклонить пучок с помощью электромагнитов в поперечном направлении, можно использовать метод растрового сканирования , т. е. быстро сканировать целевую область, как электронный луч сканирует телевизионную трубку. Если, кроме того, изменять энергию пучка и, следовательно, глубину проникновения, можно охватить весь целевой объем в трех измерениях, обеспечивая облучение, точно соответствующее форме опухоли. Это одно из больших преимуществ по сравнению с обычной рентгеновской терапией.

В конце 2008 года в мире действовало 28 лечебных учреждений, и более 70 000 пациентов прошли лечение с помощью пионов , [7] [8] протонов и более тяжелых ионов. Большая часть этой терапии проводилась с использованием протонов. [9]

В конце 2013 года 105 000 пациентов прошли лечение протонными пучками [10] и около 13 000 пациентов прошли терапию ионами углерода [11] .

По состоянию на 1 апреля 2015 года в мире насчитывается 49 центров протонной лучевой терапии, в том числе 14 в США, а также 29 объектов в стадии строительства. Для углеродно-ионной терапии восемь действующих 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, которая использует пучок протонов для облучения больных тканей , чаще всего для лечения рака . Главным преимуществом протонной терапии перед другими типами внешней лучевой терапии (например, лучевой терапией или фотонной терапией) является то, что доза протонов депонируется в узком диапазоне глубины, что приводит к минимальному входу, выходу или рассеянной дозе облучения для здоровых близлежащих тканей. Высокие мощности дозы являются ключевыми в достижениях в лечении рака. PSI продемонстрировал, что для циклотронной установки протонной терапии с использованием импульсного охлаждения можно достичь замечательных мощностей дозы 952 Гр/с и 2105 Гр/с на пике Брэгга (в воде) для пучков 70 МэВ и 230 МэВ соответственно. В сочетании с фильтрами гребня, специфичными для конкретного поля, становится возможной FLASH-протонная терапия на основе пика Брэгга. [12]

Терапия быстрыми нейтронами

Терапия быстрыми нейтронами использует нейтроны высокой энергии, как правило, от 50 до 70 МэВ, для лечения рака . 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 Соединенных Штатах. В Соединенных Штатах единственный лечебный центр, который все еще работает, находится в Сиэтле, штат Вашингтон. Центр в Сиэтле использует циклотрон, который производит протонный пучок, падающий на бериллиевую мишень.

Радиотерапия ионами углерода

Терапия ионами углерода (С-ионная ЛТ) была впервые применена в Национальном институте радиологических наук (NIRS) в Чибе, Япония, который начал лечить пациентов пучками ионов углерода в 1994 году. Это учреждение стало первым, кто использовал ионы углерода в клинических условиях, что стало значительным достижением в области терапии частицами для лечения рака. Терапевтические преимущества ионов углерода были признаны ранее, но NIRS сыграла важную роль в установлении их клинического применения. [13] [14]

C-ion RT использует частицы, более массивные, чем протоны или нейтроны. [15] Радиотерапия ионами углерода все больше привлекает научное внимание, поскольку технологические возможности доставки улучшились, а клинические исследования продемонстрировали ее преимущества в лечении многих видов рака, таких как рак простаты, головы и шеи, легких и печени, саркомы костей и мягких тканей, местно-рецидивирующий рак прямой кишки и рак поджелудочной железы, включая местно-распространенное заболевание. Она также имеет явные преимущества для лечения в противном случае не поддающихся лечению гипоксических и радиорезистентных видов рака, одновременно открывая дверь для существенно гипофракционированного лечения обычных и радиочувствительных заболеваний.

К середине 2017 года более 15 000 пациентов прошли лечение по всему миру в более чем 8 действующих центрах. Япония является заметным лидером в этой области. В настоящее время действуют пять учреждений лучевой терапии тяжелыми ионами, и в ближайшем будущем планируется построить еще несколько учреждений. В Германии этот тип лечения доступен в Гейдельбергском центре ионно-лучевой терапии (HIT) и Марбургском центре ионно-лучевой терапии (MIT). В Италии это лечение предоставляет Национальный центр онкологической адронной терапии (CNAO). Австрия откроет центр CIRT в 2017 году, а вскоре откроются центры в Южной Корее, Тайване и Китае. В Соединенных Штатах в настоящее время не работает ни одно учреждение CIRT, но несколько из них находятся на разных стадиях разработки. [16]

Биологические преимущества радиотерапии тяжелыми ионами

С точки зрения радиационной биологии, есть существенные основания поддерживать использование пучков тяжелых ионов при лечении онкологических больных. Все протонные и другие терапии пучками тяжелых ионов демонстрируют определенный пик Брэгга в организме, поэтому они доставляют свою максимальную летальную дозу в опухоль или вблизи нее. 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 диапазона пучка. Таким образом, ОБЭ пучка ионов углерода увеличивается по мере того, как ионы продвигаются глубже в область, лежащую в опухоли. [17] CIRT обеспечивает самую высокую линейную передачу энергии (ЛПЭ) из всех доступных в настоящее время форм клинического излучения. [18] Эта высокая подача энергии в опухоль приводит к множеству двухцепочечных разрывов ДНК, которые опухоли очень трудно восстановить. Обычное излучение производит в основном одноцепочечные разрывы ДНК, которые могут позволить многим опухолевым клеткам выжить. Более высокая прямая смертность клеток, вызванная CIRT, может также обеспечить более четкую антигенную сигнатуру для стимуляции иммунной системы пациента. [19] [20]

Частичная терапия движущихся целей

Точность терапии частицами опухолей, расположенных в грудной клетке и брюшной полости, сильно зависит от движения цели. Смягчение его негативного влияния требует передовых методов мониторинга положения опухоли (например, флюороскопической визуализации имплантированных рентгеноконтрастных реперных маркеров или электромагнитного обнаружения вставленных транспондеров) и облучения (стробирование, повторное сканирование, стробированное повторное сканирование и отслеживание опухоли). [21]

Ссылки

  1. ^ Мацумото, Y.; Фукумицу, N.; Исикава, H.; Накаи, K.; Сакурай, H. (2021). «Критический обзор лучевой терапии: от лучевой терапии (протонной, углеродной и BNCT) до более далекого будущего». Журнал персонализированной медицины . 11 (8): 825. doi : 10.3390/jpm11080825 . PMC  8399040. PMID  34442469 .
  2. ^ Woo, Jong-Kwan; Liu, Dong (28 февраля 2020 г.). «Исследование мюонной терапии». Новая физика: SAE Mulli . 70 (2): 148–152. doi :10.3938/NPSM.70.148.
  3. ^ Yang, Guangliang; Clarkson, Tony; Gardner, Simon; Ireland, David; Kaiser, Ralf; Mahon, David; Jebali, Ramsey Al; Shearer, Craig; Ryan, Matthew (28 января 2019 г.). "Новые методы визуализации мюонов". Philosophical Transactions of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences . 377 (2137): 20180062. Bibcode :2019RSPTA.37780062Y. doi :10.1098/rsta.2018.0062. PMC 6335303 . PMID  30530538. 
  4. ^ Амальди У, Крафт Г (2005). «Радиотерапия пучками ионов углерода». Reports on Progress in Physics . 68 (8): 1861–1882. Bibcode : 2005RPPh...68.1861A. doi : 10.1088/0034-4885/68/8/R04.
  5. ^ Jäkel O (2007). «Современное состояние адронной терапии». Труды конференции AIP . 958 (1): 70–77. Bibcode : 2007AIPC..958...70J. doi : 10.1063/1.2825836.
  6. ^ Мохан, Радхе; Гроссханс, Дэвид (январь 2017 г.). «Протонная терапия – настоящее и будущее». Advanced Drug Delivery Reviews . 109 : 26–44. doi :10.1016/j.addr.2016.11.006. PMC 5303653. PMID  27919760 . 
  7. ^ von Essen CF, Bagshaw MA, Bush SE, Smith AR, Kligerman MM (сентябрь 1987 г.). «Долгосрочные результаты пионной терапии в Лос-Аламосе». Международный журнал радиационной онкологии, биологии, физики . 13 (9): 1389–98. doi :10.1016/0360-3016(87)90235-5. PMID  3114189.
  8. ^ "ТРИУМФ: Терапия рака пионами". Архивировано из оригинала 2008-12-05.
  9. ^ PTCOG: Кооперативная группа по терапии частицами
  10. ^ Jermann M (май 2014). «Статистика корпускулярной терапии в 2013 году». Международный журнал корпускулярной терапии . 1 (1): 40–43. doi : 10.14338/IJPT.14-editorial-2.1 .
  11. ^ abc Kramer D (2015-06-01). «Углерод-ионная терапия рака показывает многообещающие результаты». Physics Today . 68 (6): 24–25. Bibcode : 2015PhT....68f..24K. doi : 10.1063/PT.3.2812 . ISSN  0031-9228.
  12. ^ Марадиа, Вивек; Меер, Дэвид; Доллинг, Рудольф; Вебер, Дэмиен К.; Ломакс, Энтони Дж.; Псорулас, Серена (октябрь 2023 г.). «Демонстрация охлаждения импульсом для повышения потенциала лечения рака с помощью протонной терапии». Nature Physics . 19 (10): 1437–1444. Bibcode :2023NatPh..19.1437M. doi : 10.1038/s41567-023-02115-2 .
  13. ^ Мохамад, Усама; Сиск, Брок; Саха, Джанаприя; Помпос, Арнольд; Рахими, Асал; Стори, Майкл; Дэвис, Энтони; Ким, Д. В. (9 июня 2017 г.). «Радиотерапия ионами углерода: обзор клинического опыта и доклинических исследований с упором на повреждение/восстановление ДНК». Раковые заболевания . 9 (6): 66. doi : 10.3390/cancers9060066 . PMC 5483885. PMID  28598362 . 
  14. ^ Малуфф, Тимоти Д.; Махаджан, Анита; Кришнан, Сунил; Белтран, Крис; Сеневиратне, Данушка С.; Трифилетти, Дэниел Майкл (4 февраля 2020 г.). «Углеродная ионная терапия: современный обзор новой технологии». Frontiers in Oncology . 10 : 82. doi : 10.3389/fonc.2020.00082 . PMC 7010911. PMID 32117737  . 
  15. ^ Tsujii, Hirohiko (январь 2017 г.). «Обзор радиотерапии ионами углерода». Journal of Physics: Conference Series . 777 (1): 012032. Bibcode : 2017JPhCS.777a2032T. doi : 10.1088/1742-6596/777/1/012032 .
  16. ^ Tsujii H (2017). «Обзор радиотерапии ионами углерода». Journal of Physics: Conference Series . 777 (1): 012032. Bibcode : 2017JPhCS.777a2032T. doi : 10.1088/1742-6596/777/1/012032 .
  17. ^ Tsujii H, Kamada T, Shirai T, Noda K, Tsuji H, Karasawa K, ред. (2014). Радиотерапия ионами углерода: принципы, практика и планирование лечения . Springer. ISBN 978-4-431-54456-2.
  18. ^ Андо К., Койке С., Охира 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.
  19. ^ Эбнер ДК, Камада Т (2016). «Возникающая роль радиотерапии ионами углерода». Frontiers in Oncology . 6 : 140. doi : 10.3389/fonc.2016.00140 . PMC 4894867. PMID  27376030 . 
  20. ^ "Побочные эффекты лучевой терапии". 17 мая 2019 г.[ самостоятельно опубликованный источник? ]
  21. ^ Kubiak T (октябрь 2016 г.). «Частичная терапия движущихся целей — стратегии мониторинга движения опухоли и облучения движущихся целей». Британский журнал радиологии . 89 (1066): 20150275. doi :10.1259/bjr.20150275. PMC 5124789. PMID  27376637 . 

Внешние ссылки