Андронотерапия при лечении онкологических заболеваний

Адронотерапия - протоновая терапия и терапия ионами.

Болезни

Синхротрон и адронотерапия идеально подходят для лечения глубоконаходящегося рака, который располагается возле критических органов и слабо реагирует на традиционный фотон или электронно-лучевую радиотерапию:

• рак молочной железы

• рак предстательной железы и прямой кишки (области таза)

• рак поджелудочной железы

• меланома прямой кишки и влагалища

• брюшной зоны - рак печени и желчного пузыря

• опухоль головного мозга

• внутреннего основания черепа

• центральной нервной системы

• рак легких

• рак эпителиальных тканей

• глазного яблока и глазницы

• головы и шеи

• околоносовой пазухи и носовой полости

• слюнной железы

• костей и мягких тканей

Быстрый технологический прогресс последних лет привёл к эволюции во всех сферах медицины и значительно повлиял на лучевую терапию при онкологических заболеваниях. На сегодняшний день, новая граница в лечении лучевой терапией представлена адронотерапией, которая использует протоны и атомные ядра (ионы), называющиеся адронами (в переводе с греческого hadròs - сильный) и которые подвергаются мощной ядерной силе.

Преимущества адронотерапии по сравнению с традиционной радиотерапией

1. Высвобождение энергии (и, следовательно, разрушение клеток) производится выборочно, целясь только в раковые клетки. Повреждения, нанесённые телу на начальной стадии проникновения, являются относительно небольшими и бОльшая часть энергии высвобождается в пределах зон, находящихся вблизи рака (данный феномен именуется пиком Брэгга). Это максимизирует разрушение раковых тканей и сводит к минимуму побочные эффекты на здоровые ткани
2. Пучок адронических частиц остаётся коллимированным в момент проникновения в биологический материал. Высокий уровень коллимации пучков адрона ещё больше уменьшает вред, нанесенный здоровым тканям.
3. Механизм высвобождения энергии, используемый в адронотерапии, разрушает соединения, присутствующие в биологических макромолекулах, особенно в ДНК. ДНК имеет способность самовосстанавливаться , но, если количество разрушенных соединений велико, она теряет свою способность к восстановлению и клетка остаётся пассивной и умирает. При традиционной радиотерапии разрушение ДНК небольшое; при адронотерапии, напротив, с помощью ионов углерода количество разрушений позволяет уничтожить даже клетки рака, стойкие к традиционной радиотерапии.

Эти три преимущества приводят к значительному разрушающему эффекту на биологические ткани, по этой причине цель (раковые клетки) должна быть намечена с высокой степенью точности, превосходящую ту, которая требуется в традиционной радиотерапии

Для эффективного применения адронотерапии требуется следующее:

• ускоритель протона и / или иона (кольцевой ускоритель или синхротрон), производящий пучки частиц
• устройство для перемещения частиц в процедурную комнату
• методика точного расположения пациента для лечения
• полный контроль за высвобождением энергии т.е. дозировка
• персонализированная трёхмерная система лечение пациента, полученная путём интеграции результатов диагностической визуализации (КТ, МРТ, ПЭТ)

Важно отметить, что т.к. адронотерапия является относительно недавним дополнением к современной панораме лечения рака, ряд индикаций находится на экспериментальном этапе.

Национальный онкологический центр адронотерапии, находящийся в Павии, является первым центром адронотерапии в Италии, который обеспечен пучками, способными облучать пациента протонами или ионами углерода для лечения раковых клеток, не реагирующих на традиционную радиотерапию.

Синхротрон: что это такое и как он работает?

Компоненты высоких технологий Национального Центра Онкологии (CNAO) состоят из набора ускорителей и пучков частиц. Лучи генерированы источниками, производящими ионы и протоны углерода. Самым важным ускоряющим механизмом является Синхротрон. В Национальном центре онкологии Синхротрон - это прототип, возникнувший в результате исследований в области физики частиц высоких энергий, проведенных совместно с Национальным институтом ядерной физики (INFN), Швейцарией (ЦЕРН), Германией, Францией и Павийским университетом (Италия). По большей части он основан на итальянских технологиях.

Синхротрон - это кольцо длиной в 80 м и диаметром в 25 м. В двух зонах внутри окружности пучки частиц создают механизмы, называющиеся “источники”, которые содержат в себе плазму, сформированную атомами газа, которые потеряли свои электроны. Используя магнитные поля и радиоимпульсы, атомы извлекаются и отбираются протоны и ионы углерода. Таким образом, создаются “пакеты” пучков, каждый из которых насчитывает в себе миллиарды частиц.

Эти пакеты частиц, заранее ускоренные, отправляются в синхротрон, где изначально они передвигаются со скоростью около 30.000 километров в секунду. Затем они подвергаются ускорению до кинетической энергии, которая составляет 250 МэВ, что касается протонов и 480 МэВ, касательно ионов углерода (МэВ равняется одному миллиону электровольт, единица энергии, используемая в атомной и ядерной физике).

Пучок частиц подвергается ускорению в синхротроне и передвигается со скоростью около 30.000 км в пол секунды, чтобы достигнуть желаемой энергии. Затем пучки направлены в одну из трех процедурных комнат. Над этим устройством находится магнит весом в 150 тонн, который изгибает пучки частиц на 90 градусов и направляет их сверху к пациенту для излечения.

Пучок, который попадает в раковые клетки напоминает “щетку”, которая по своему движению похожа на движение электронов в телевизоре и двигается с точностью до 200 микрометров (две десятых миллиметра).

Такая точность получена посредством:

1. Постоянного наблюдения за движениями тела пациента (например, дыханием), которые могут изменять местоположения рака. Наблюдения производят с помощью инфракрасной камеры, которая измеряет движения трехмерным способом.
2. Два сканирующих магнита, базирующихся на результатах, полученных системой наблюдения, двигают “щетку” вдоль контура рака. Таким образом, участок за участком, раковые клетки разрушаются. Переход от одного участка к другому, более глубоко находящемуся, достигается путем увеличения энергии пучка. Процедура излучения длится несколько минут.

Какие виды рака поддаются лечению? Показания для адронотерапии

Адронотерапия - форма радиотерапии, основанная на последних достижениях науки и техники. Одна лучевая терапия или радиотераия, совмещенная с хирургическим вмешателтством и/ или химиотерапией , улучшает локальный конроль за разными видами рака. В добавок, неагрессивная природа лучевой терапии представляет подходящую альтернативу хирургическому вмешательству, когда речь идет о раке, находящемся за жизненно важными органами или в местах, где удаление рака может сильно ослабить пациента. На сегодняшний день 50% больных раком проходят лучевую терапию. Адронотерапия не является заменой традиционной радиотерапии, но является идеальным методом лечения стойких к радиотерапии видов рака и рака, расположенного слишком близко к жизненно важным органам.

Радиоустойчивый рак - это такой вид рака, который, из-за своего биологического поведения, с меньшей вероятностью может быть излечен способом традиционной радиотерапии. Раковые клетки, находящиеся вблизи жизненно важных органов, не могут быть облучены большими дозами, потому что это может навредить здоровым органам. Возможность лечения зависит не только от данных, касающихся самого рака, таких как его радиоустойчивость или расположение в теле, но также от данных лучевой терапии, таких как полученная доза облучения и точность метода, использованного при облучении пораженного раком участка. Эти “ограничения” могут быть преодолены адронами (ионами и протонами углерода), благодаря их физической природе ,отличной от рентгеновских лучей, используемых в традиционной радиотерапии. Физические свойства этих частиц позволяют нам регулировать дозировку облучения зоны рака с высшей степенью точности, при этом не повреждая здоровые ткани. В особенности ионы углерода обладают способностью разрушения раковых клеток, преодолевая их устойчивость к радиотерапии.

Клиническое использование этих частиц, особенно ионов углерода, до сих пор ограничено из-за ограниченной доступности этой терапии во всем мире. Тем не менее, начальный клинический опыт показал их терапевтическое превосходство во многих случаях и их более длительный результат, что продолжает воодушевлять.

Клинические испытания увеличились за последние годы и они направлены на расширение показаний для включения других анатомических участков. Исследования показали, что результаты, полученные с помощью адронотерапии, являются такими же качественными, а в некоторых случаях и превосходят результаты, полученные традиционной радиотерапией.

Тем не менее, для того чтобы подсчитать настоящие клинические выгоды адронотерапии, необходимо наблюдать в долгосрочном периоде значительное количество пациентов, подвергшихся данному лечению. Те показания, при которых преимущества терапии были продемонстрированы известны как “консолидированные показания”.

Есть и другие случаи, в которых были видны многообещающие результаты, но на слишком малом количестве пациентов и за ограниченный промежуток времени - по этим причинам не могут быть сделаны окончательные заключения по данному методу лечения. Поэтому, в то время как имеется значительное количество теоретического материала, для того чтобы подтвердить эффективность адронотерапии, необходимо большее количество эмпирических данных, собранных путем более обширных исследований за более длительный промежуток времени, для того чтобы подтвердить полученные результаты. Это потенциальные показания. В любом случае, только после оценки случаев отдельных пациентов медицинскими специалистами, может быть подобран лучший терапевтический подход и установлена необходимость прохождения адронотерапии.

В настоящее время, научная литература подтвердила следующие значительные результаты в лечении рака, при котором на продолжении длительного времени клетки были подвержены воздействию ионов и протонов углерода.

Хордома и Хондросаркома: традиционно для этих заболеваний дается показание для прохождения протонной терапии. Их характерное размещения в крестцово-копчиковом сегменте позвоночника или же в затылочно-базилярной области черепа, сложности прохождения лечения путем хирургического вмешательства или путем радиотерапии, тенденция к росту, отдаленные метастазы - предоставляют научное обоснование для веры в то, что увеличение локального контроля может привести к увеличению выживания и тем самым оправдывает использование сложных методов радиотерапии.

Результаты, полученные и опубликованные в литературе, показывают, что протонная радиотерапия может составить стандартное лечение вместе с хирургическим вмешательством. Согласно собранным результатам, радиотерапия ионами углерода так же безопасна, как и протонная, но может дать более эффективный результат.

Главная причина для использования адронотерапии в лечении атипичной, злокачественной или рецидивной менингиомы главным образом основана на её высокой пространственной избирательности. Частое местонахождение менингиомы в базилярной области черепа и её близкое расположение к зрительным путям и к стволу головного мозга (жизненно важный орган), делает хирургическое вмешательство мало успешным. Присутствие резидуальной опухоли после хирургического вмешательства также оправдывает использование этой терапии.

Протонная радиотерапия для лечения меланомы глазной оболочки на сегодняшний является альтернативой радикальному хирургическому вмешательству, которое требует энуклеацию глаза. Представленная в 1975 году, протонная терапия заслужила широкое одобрение в научном обществе, т.к. было показано, что результаты безрецидивной выживаемости и выживаемости в целом, полученные с помощью использования протонов являются схожими с результатами, полученными путем энуклеации. Локальный контроль с сохранением органа является самой важной целью протонной терапии.

Костные саркомы в сложнодоступных местах, таких как: позвоночник, таз и череп - где присутствие спинного мозга, внутренних органов и мозга соответственно, полностью оправдывают использование протонной терапии и терапии ионами углерода, учитывая широко известную радиоустойчивость этого вида рака. Подобным образом, ионы углерода являются идеальным инструментом для лечения ретроперитонеальной

Рак слюнных желёз является стойким к радиотерапии и выбор лечения сводится к хирургическому вмешательству, зачастую в сочетании с радиотерапией в случае неполной резекции или на поздней стадии рака. Несмотря на то, что данная лечебная тактика улучшила свои результаты, что касается локального контроля, по сравнению с хирургическим вмешательством, все равно такое лечение не является оптимальным.

Радиоустойчивость этих видов рака привела к использованию нейтронов благодаря их более высоким радиобиологическим характеристикам, которые позволяют преодолеть радиоустойчивость. К сожалению, несмотря на успехи в сфере локального контроля путем этого метода лечения, данные, полученные из исследований с использованием нейтронов, показали их значимую токсичность. Ионы углерода, благодаря своим радиобиологическим свойствам, которые уменьшают радиоустойчивость раковых клеток без значительных побочных эффектов, показали лучшие результаты.

Радиотерапия с применением протонов вызвала большой интерес из-за возможности её применения в педиатрическом лечении. В последние десятилетия, благодаря улучшенной эффективности новых лечебных протоколов, наблюдается значительный рост процента выживания, что в то же время позволяет оценить размер проявившихся позже побочных эффектов, связанных с проведением радиотерапии. Эндокринный и нейросенсорный дефициты, задержка роста, мальформации и другие побочные эффекты, которые проявляются сразу после или спустя некоторое время после прохождения лечения были подробно изучены. Многочисленные доклинические исследования в области дозиметрии выявили заметное уменьшение облучения здоровых тканей в методе лечения с использованием протонов, по сравнению с методом лечения с использованием рентгеновских лучей.

Ещё одно важное открытие, связанное с использованием протонов - это коренное уменьшение общей дозы (т.е. общее количество энергии, принятой пациентом в ходе облучения), которая может спровоцировать новый рак (карциногенный эффект). Эти “сбережения” от радиации являются значимыми, когда речь идет о детях, чьи ещё не до конца сформировавшиеся ткани, в наибольшем размере восприимчивы к вредному влиянию радиации.

Рак шеи и головы является предметом значительного интереса. Потенциальная выгода адронотерапии в лечении этих видов рака происходит из места их расположения. Они зачастую возникают в или рядом с базилярной областью черепа, окруженной здоровыми и жизненно важными органами, такими как: спинной мозг, ствол головного мозга, височные доли мозга, слуховой проход, оптические пути и гипофиз. Близкое расрасположение к этим важным органам делает невозможным управление высокими дозами облучения, необходимыми для уничтожения болезни. Доклинические и клинические исследования предлагают потенциальную выгоду от лечения этих видов рака, стойких к радиотерапии и располагающихся в рискованных зонах, адронотерапией.

Околоносовые пазухи и аденокистозная карцинома, некоторые виды рака носоглотки, костные саркомы и саркомы мягких тканей были изучены. В случае сарком шеи и головы, использование адронотерапии оправдывается в тех случаях, в которых с помощью фотон-терапии не удается получить адекватное распределение дозы. Использование ионов углерода является запасным для случаев макроскопической болезни в этих зонах.