En dag kan spesialiserte systemer sperre kreftpasienter med partikler for å levere et komplett kurs med strålebehandling på bare mikrosekunder, antyder ny forskning.
Ved å bruke en ny teknikk kjent som flash-strålebehandling, kunne leger utrydde svulster i en brøkdel av tiden og til en brøkdel av kostnadene for tradisjonell strålebehandling - i det minste i teorien. Foreløpig har den lynraske teknikken ikke møtt formelle kliniske studier på humane pasienter, selv om en mann fikk den eksperimentelle behandlingen, rapporterte forskere i oktober 2019 i tidsskriftet Radiotherapy and Oncology. Nå har en ny musestudie, publisert 9. januar i International Journal of Radiation Oncology, Biology and Physics, ytterligere demonstrert løftet om denne kreftterapien.
"Det har samme svulstkontrollrate, men betydelig mindre effekt på normalt vev," sa studieforfatter Dr. Keith Cengel, en førsteamanuensis i strålingsonkologi ved sykehuset ved University of Pennsylvania.
Med andre ord ser det ut til at blitzteknikken dreper svulstceller mens du sparer sunt vev. Teknikken fungerer ved å bombardere tumorstedet med en jevn strøm av partikler, vanligvis lette partikler, kalt fotoner, eller negativt ladede elektroner. Nå har Cengel og kollegene kastet en annen partikkel i blandingen: den positivt ladede protonen.
"Det er unikt i den forstand at ... det aldri har blitt gjort," sa Marie-Catherine Vozenin, leder for strålingskreftlaboratoriet ved Lausanne universitetssykehus i Sveits, som ikke var involvert i studien. Det er ikke å si at distribusjon av protoner for å bekjempe kreftceller nødvendigvis er en bedre strategi enn å bruke fotoner eller elektron, la hun til. "Alle disse forskjellige strategiene har noen fordeler og ulemper."
Når det er sagt, kan hver partikkel være unikt egnet til å målrette bestemte svulsttyper på spesifikke flekker i kroppen, noe som betyr at protoner kan tilby det beste behandlingsalternativet for noen pasienter, sa Cengel.
Tidspunktet er nøkkelen
Navnet "flash" refererer ganske enkelt til den ultrahastige hastigheten som teknikken leverer stråling til målvevet. Flash pumper celler med samme totale mengde stråling som eksisterende behandlinger, men i stedet for å administrere dosen over flere uker på minutter lange økter, varer hele behandlingen bare tiendedels sekund, sa Vozenin.
"Hvis vi kan gå hundrelapper av et sekund, er det enda bedre," la hun til.
Farten utgjør hele forskjellen. Ved konvensjonell strålebehandling kan en pasient gjennomgå dusinvis av behandlingsøkter, i løpet av hvilken tid sunt vev kan bli skadet lenge før tumorcellene omkommer. Men når samme dose stråling blir gitt raskere, som med blits, forblir sunt vev uskadd. Nøyaktig hvorfor det skjer forblir et mysterium.
"Det er spørsmålet om million dollar ... vi jobber hardt for å prøve å forstå det," sa Vozenin. Forskning antyder at den flyktige utbruddet av stråling kan forårsake en dukkert i nivået av oksygen i det sunne vevet, som vanligvis inneholder langt mer oksygen enn kreftceller. Svulster motstår tradisjonell strålebehandling, delvis takket være mangel på oksygen, slik at den midlertidige effekten som blir fremkalt av blitz, kan styrke sunne celler mot skade, samt redusere produksjonen av skadelige frie radikaler, ifølge en rapport fra 2019 i tidsskriftet Clinical Oncology.
Men dette beviset forklarer ikke hvorfor kreftceller reagerer annerledes enn sunne celler på behandlingen; Flere mekanismer er sannsynligvis i spill, sa Vozenin.
Uansett hvorfor det virker, virker stråling som lovende i forstudier, selv om teknikken har begrensninger. Fotoner kan brukes til å målrette svulster i hele kroppen, men maskinene som skyter partiklene kan ennå ikke skyte raskt nok til å oppnå den nødvendige dosehastigheten. Elektroner med høy energi kan trenge gjennom vev for å nå dyptliggende svulster, men er teknologisk vanskelig å generere. Elektroner med lav energi tilbyr et annet alternativ, men disse kan trenge gjennom bare 5 tommer (2 til 6 centimeter) kjøtt, sa Cengel.
Mens elektroner med lav energi kan ta vare på overfladiske svulster, teoretiserte Cengel og kollegene at protoner kan være bedre egnet for å målrette kreftceller som ligger dypere i kroppen. For å teste ideen deres, måtte de bygge de riktige verktøyene for jobben.
Sett på prøve
Teamet brukte en eksisterende protonakselerator, kjent som en syklotron, for å utføre eksperimentene, men gjorde en rekke modifikasjoner. Trikset var å øke hastigheten som protonene kunne skyte fra maskinen mens de også utviklet strategier for å overvåke hvor protonene landet og i hvilken mengde. Med denne infrastrukturen på plass, kunne teamet bedre kontrollere strømmen til protoner som strømmer fra syklotronen, "liksom en kran som du kan skru på full spreng eller drypp," sa Cengel.
Teamet siktet deretter syklotronen mot modellmus. Induserte svulster vokste i dyrenes bukspyttkjertler og langs øvre tarmer, så forskerne sendte en eneste strålepuls gjennom gnagernes bukhulen. Blitzen varte mellom 100 og 200 millisekunder, og ved å føre mange protonstråler langs hverandre, som ukokt spaghetti i et tett rør, slo teamet hele bukhulen i ett skudd.
Som forventet, stimulerte behandlingen svulstvekst og arrvev som vanligvis skyldes kreft, mens det friske vevet i nærheten etterlates. Vincent Favaudon, en forskningsdirektør ved Institut Curie i Paris, som ikke var involvert i studere, fortalte Live Science i en e-post.
Mens den var vellykket, ble studien utført på mus, "og i små volum, noe som ikke er tilfelle hos pasienter," sa Vozenin. Med andre ord, i sin nåværende form, kan protonblitz-teknikken bare behandle et lite vevsområde på en gang. Teknikken må oppskaleres betydelig før den er klar til å bli testet i større dyr, og til slutt mennesker, sa hun.
"Hovedbegrensningen ligger i doseraten," la Favaudon til. Forskning antyder at sunt vev begynner å bli påført skader hvis de blir utsatt for flash-stråling i mer enn 100 millisekunder, sa han. "Å levere dosen i en enkelt mikrosekundpuls er alltid bedre. Så utfordringen er å øke dosen med en faktor på to til fem eller enda mer."
Cengel og kollegene planlegger å fortsette å optimalisere verktøyene og teknikkene sine mens de arbeider for å bestemme hvilken doseringsrate som gir den mest terapeutiske fordelen. På denne måten ville teamet gjennomføre en klinisk studie av slags, men med dyr som de første forsøkspersonene. I mellomtiden vil Vozenin og hennes kolleger snart starte de første kliniske forsøkene på humane pasienter for å teste sine egne flash-teknikker. Ved å bruke elektroner med lite energi tar de sikte på å behandle overfladiske svulster, slik som de som sees i hudkreft.
"Hvis vi kan validere flash-konseptet i stort volum og i kliniske applikasjoner, vil det sannsynligvis endre all strålebehandling," sa Vozenin. Hun sa at hun forventer at en eller annen versjon av flash-stråling kan være allment tilgjengelig for kreftpasienter i løpet av de neste ti årene. Favaudon sa at behandlinger som er rettet mot overflatesvulster, så vel som de som blir utsatt gjennom kirurgi, kan være klare i løpet av to år. Teknikker som bruker høyenergi-elektroner og protonstråler kan være klare innen fem til ti år, sa han.
Forutsatt at blitz vender veien til virkelige menneskelige pasienter, kan teknikken tillate leger å målrette svulster som en gang trosset behandling med stråling, sa Cengel.
"Vi kunne bokstavelig talt behandle ting som ikke er mulig å behandle og kurere mennesker som ikke er mulig å kurere," sa han. "Det er klart, stort saltkorn på alt det."
