Hvordan protonstrålebehandling kan dræbe kræft i millisekunder
Ny forskning på mus viser "for første gang", at forskere kan bruge protoner til at administrere strålebehandling i løbet af millisekunder og dræbe kræftceller, mens de beskytter sundt væv.
Over halvdelen af mennesker med kræftdiagnose får strålebehandling.
Stråling beskadiger kræftcellernes DNA, enten nedsætter deres progression eller dræber dem.
Dette er dog en langsom proces; stråling ødelægger ikke kræftceller med det samme - nogle gange tager det ugers behandling at beskadige cellernes DNA nok til at dræbe dem.
En yderligere grund til, at strålebehandling kan tage flere uger, er, at terapien sandsynligvis vil lykkes, når kræftceller vokser og deler sig i nye celler.
Så spredning af behandlingen over en lang periode øger chancerne for, at strålingen er rettet mod kræftceller, når de er i en voksende fase.
Endelig hjælper administration af stråling i små, daglige doser med at beskytte sunde celler ved at give dem mere tid til at reparere.
Men ny forskning tyder på, at der kan være en måde at administrere stråling med rekordhastighed, samtidig med at det beskytter sundt væv.
Den innovative teknik kaldes FLASH eller strålebehandling med ultrahøj dosis, og ifølge tidligere undersøgelser bruger den elektroner til at minimere sund vævsskade, mens den målretter mod tumorer.
Det er vigtigt, at FLASH angiveligt opnår disse effekter på mindre end et sekund, hvilket kan reducere varigheden af strålingssessioner eksponentielt.
Den nye undersøgelse viser, hvordan brug af protonstråling i stedet for elektroner eller fotoner sammen med andre tekniske justeringer kan gøre FLASH til et kraftfuldt værktøj, der kan levere stråling i millisekunder.
Dr. James M. Metz, direktør for Roberts Proton Therapy Center og formand for strålingsonkologi ved University of Pennsylvania i Philadelphia, er co-senior og tilsvarende forfatter til den nye undersøgelse, der vises i International Journal of Radiation Oncology, Biology, and Physics.
Test af proton FLASH-behandling på kræft
Som forfatterne forklarer i deres papir, har tidligere forskning antydet, at FLASH-terapi dræber kræftceller, mens det bevarer normalt væv i kræft i hjerne, lunge, tarm og hud.
Men er der en dosistærskel for FLASH-terapi? Og kunne forskere levere FLASH meget hurtigere, mens de bevarede dens beskyttende virkning og kræfteffekt?
Tidligere undersøgelser af mus, siger forskerne, har vist, at øget strålehastighed ved elektronstrålebehandling kan beskytte mod kognitiv tilbagegang under hjernestråling. Og i andre musemodeller - af lungefibrose og gastrointestinal strålingssyndrom - øget elektronstråling beskyttet sundt væv.
Så hypoteseede forskerne bag den nuværende undersøgelse, at brug af protoner i stedet for elektroner i FLASH-terapi ville gøre det muligt at levere en højere dosis stråling, samtidig med at dens beskyttende virkning bevares.
Desuden betragtes protonbehandling generelt som sikrere og mere effektiv end elektronterapi.
Beviser gennemførligheden af proton FLASH
For at teste deres hypotese og "at forstå de biologiske virkninger af [FLASH] protonstråler" designede og byggede forskerne et radioterapiapparat, der kunne levere FLASH eller standard stråledosis "ved hjælp af dobbelt spredte protoner i en [...] CT-defineret geometri . ”
Forskerne brugte en "enkelt blyantstråle" til at skabe et "dobbelt spredningssystem" og omgåede således et problem, der havde stoppet tidligere forskningsteams fra at skabe den nødvendige stråledosering eller feltstørrelse.
Derefter anvendte holdet det nye apparat i en musemodel af kræft i bugspytkirtlen og fandt ud af, at det med succes målrettede mod kræft i bugspytkirtlen, mens det reducerede gastrointestinal skade.
”Vi har været i stand til at udvikle specialiserede systemer i forskningsrummet til at generere FLASH-doser, demonstrere, at vi kan kontrollere protonstrålen og udføre et stort antal eksperimenter for at hjælpe os med at forstå konsekvenserne af FLASH-stråling, som vi simpelthen ikke kunne have udført med en mere traditionel forskningsopsætning, ”forklarer Dr. Metz.
"Dette er første gang nogen offentliggør fund, der viser muligheden for at bruge protoner - snarere end elektroner - til at generere FLASH-doser med en accelerator, der i øjeblikket anvendes til kliniske behandlinger."
Dr. James M. Metz
Dernæst planlægger forskerne at designe et apparat, der leverer FLASH på denne måde til mennesker.
