Wie eine Protonenstrahlentherapie Krebs in Millisekunden töten kann
Neue Untersuchungen an Mäusen zeigen „zum ersten Mal“, dass Wissenschaftler Protonen verwenden können, um innerhalb von Millisekunden eine Strahlentherapie durchzuführen, Krebszellen abzutöten und gleichzeitig gesundes Gewebe zu schützen.
Über die Hälfte der Menschen mit einer Krebsdiagnose erhalten eine Strahlentherapie.
Strahlung schädigt die DNA von Krebszellen, verlangsamt entweder deren Fortschreiten oder tötet sie ab.
Dies ist jedoch ein langsamer Prozess. Strahlung zerstört Krebszellen nicht sofort - manchmal dauert es Wochen der Behandlung, um die DNA der Zellen genug zu schädigen, um sie abzutöten.
Ein weiterer Grund, warum die Bestrahlung mehrere Wochen dauern kann, besteht darin, dass die Therapie am wahrscheinlichsten erfolgreich ist, wenn Krebszellen wachsen und sich in neue Zellen teilen.
Wenn Sie die Behandlung über einen langen Zeitraum verteilen, erhöht sich die Wahrscheinlichkeit, dass die Strahlung auf Krebszellen abzielt, wenn diese sich in einer Wachstumsphase befinden.
Schließlich trägt die Verabreichung von Strahlung in kleinen täglichen Dosen zum Schutz gesunder Zellen bei, indem ihnen mehr Zeit für die Reparatur gegeben wird.
Neue Forschungsergebnisse deuten jedoch darauf hin, dass es eine Möglichkeit gibt, Strahlung mit Rekordgeschwindigkeit zu verabreichen und gleichzeitig gesundes Gewebe zu schützen.
Die innovative Technik wird als FLASH oder Strahlentherapie mit ultrahoher Dosisleistung bezeichnet und verwendet nach früheren Untersuchungen Elektronen, um gesunde Gewebeschäden zu minimieren und gleichzeitig auf Tumore abzuzielen.
Wichtig ist, dass FLASH diese Effekte angeblich in weniger als einer Sekunde erzielt, was die Dauer von Bestrahlungssitzungen exponentiell verkürzen könnte.
Die neue Studie zeigt, wie die Verwendung von Protonenstrahlung anstelle von Elektronen oder Photonen zusammen mit anderen technischen Anpassungen FLASH zu einem leistungsstarken Werkzeug machen kann, das Strahlung in Millisekunden liefern kann.
Dr. James M. Metz, Direktor des Roberts Proton Therapy Center und Lehrstuhl für Radioonkologie an der University of Pennsylvania in Philadelphia, ist Co-Senior und korrespondierender Autor der neuen Studie, die in der Internationale Zeitschrift für Radioonkologie, Biologie und Physik.
Testen der Protonen-FLASH-Therapie bei Krebs
Wie die Autoren in ihrem Artikel erklären, haben frühere Untersuchungen gezeigt, dass die FLASH-Therapie Krebszellen abtötet und gleichzeitig normales Gewebe bei Gehirn-, Lungen-, Darm- und Hautkrebs bewahrt.
Aber gibt es eine Dosisleistungsschwelle für die FLASH-Therapie? Und könnten Wissenschaftler FLASH viel schneller abgeben und gleichzeitig seine Schutzwirkung und Wirksamkeit gegen Krebs bewahren?
Frühere Studien an Mäusen, so die Forscher, haben gezeigt, dass eine Erhöhung der Strahlungsrate der Elektronenstrahlentherapie vor einem kognitiven Rückgang während der Bestrahlung des Gehirns schützen kann. Und in anderen Mausmodellen - der Lungenfibrose und des gastrointestinalen Strahlungssyndroms - schützte die zunehmende Elektronenstrahlung gesundes Gewebe.
Die Forscher hinter der vorliegenden Studie stellten daher die Hypothese auf, dass die Verwendung von Protonen anstelle von Elektronen in der FLASH-Therapie es ermöglichen würde, eine höhere Strahlungsdosis abzugeben, während die Schutzwirkung erhalten bleibt.
Darüber hinaus wird die Protonentherapie im Allgemeinen als sicherer und wirksamer als die Elektronentherapie angesehen.
Beweis der Machbarkeit von Proton FLASH
Um ihre Hypothese zu testen und „die biologischen Auswirkungen von [FLASH] -Protonenstrahlen zu verstehen“, entwarfen und bauten die Forscher ein Strahlentherapiegerät, das FLASH- oder Standard-Strahlendosisraten liefern konnte, „unter Verwendung von doppelt gestreuten Protonen in einer […] CT-definierten Geometrie . ”
Die Forscher verwendeten einen „einzelnen Bleistiftstrahl“, um ein „Doppelstreusystem“ zu erstellen, wodurch eine Schwierigkeit umgangen wurde, die frühere Forschungsteams daran gehindert hatte, die erforderliche Strahlungsdosis oder Feldgröße zu erstellen.
Anschließend wandte das Team den neuen Apparat in einem Mausmodell für Bauchspeicheldrüsenkrebs an und stellte fest, dass er erfolgreich gegen Flankentumoren von Bauchspeicheldrüsenkrebs gerichtet war und gleichzeitig Magen-Darm-Schäden reduzierte.
„Wir konnten im Forschungsraum spezielle Systeme entwickeln, um FLASH-Dosen zu erzeugen, zu demonstrieren, dass wir den Protonenstrahl steuern können, und eine große Anzahl von Experimenten durchführen, um die Auswirkungen der FLASH-Strahlung zu verstehen, die wir einfach nicht haben konnten mit einem traditionelleren Forschungsaufbau “, erklärt Dr. Metz.
"Dies ist das erste Mal, dass jemand Ergebnisse veröffentlicht, die die Machbarkeit der Verwendung von Protonen anstelle von Elektronen zur Erzeugung von FLASH-Dosen mit einem Beschleuniger demonstrieren, der derzeit für klinische Behandlungen verwendet wird."
Dr. James M. Metz
Als nächstes planen die Forscher, einen Apparat zu entwickeln, der FLASH auf diese Weise an Menschen abgibt.
