Radioactieve stralen geven een realtime weergave van de kankerbehandeling bij muizen

Kankerverslaande deeltjesstralen zijn betrapt in actie.

Deeltjesstralen kunnen een explosie van destructieve energie rechtstreeks naar tumoren sturen - mits de straal op de juiste plek zit. Nu hebben wetenschappers met behulp van een radioactieve straal de locatie van de straal kunnen pinpointen terwijl ze tumoren bij muizen behandelden. Het is de eerste succesvolle behandeling van tumoren met een radioactieve straal, zo rapporteren wetenschappers in een paper die op 23 september is ingediend bij arXiv.org.

De techniek zou uiteindelijk wetenschappers in staat kunnen stellen om menselijke patiënten met millimeterprecisie te behandelen - bijzonder belangrijk als een tumor naast een gevoelig orgaan zoals het ruggenmerg of de hersenstam ligt.

Help ons door onze enquête van 15 vragen in te vullen.

Various soorten straling kunnen kanker behandelen. De meest voorkomende is röntgenstralen, hoogenergetisch licht dat het DNA in tumorcellen kan vernietigen. Maar röntgenstralen deponeren hun energie langs het pad van de straal, met mogelijk nevenschade in andere delen van het lichaam. Meer precieze doelgerichtheid van tumoren is mogelijk met deeltjes zoals protonen of ionen - elektrisch geladen atomen - die het grootste deel van hun energie op één plek dumpen. 

Ionentherapie wordt momenteel uitgevoerd in meer dan een dozijn centra wereldwijd. Die behandelingen gebruiken stabiele, niet-radioactieve ionen - meestal koolstof-12, een variëteit van koolstof met zes protonen en zes neutronen in de kern. De deeltjes in de straal hebben hun elektronen ontdaan, waardoor ze een positieve lading hebben. 

De tumor wordt bepaald op basis van berekeningen van hoe diep een straal zal doordringen, in combinatie met eerdere beelden van de patiënt, bijvoorbeeld een CT-scan. Maar lichamen zijn niet star en organen kunnen verschuiven tussen beeldvorming en behandeling. Idealiter zou de positie van de straal in realtime bevestigd worden. Dat is precies wat de nieuwe techniek mogelijk maakt.

"Als je een radioactief ion gebruikt, kun je tegelijkertijd de tumor doden en de straal zien," zegt natuurkundige Marco Durante van het GSI Helmholtz Centre for Heavy Ion Research in Darmstadt, Duitsland.

Durante en collega's maakten gebruik van koolstof-11-ionen, die één neutron minder hebben in hun atoomkernen dan koolstof-12-ionen, waardoor ze radioactief zijn. Wanneer koolstof-11 vervalt, geeft het een positron vrij - een positief geladen antideeltje van een elektron. Wetenschappers kunnen dat positron detecteren dat in het lichaam annihileert met een elektron, via positronemissietomografie, of PET. Dat identificeert waar de straal zijn deeltjes loost. 

In de studie gebruikten wetenschappers de koolstof-11-ionen om muizen met tumoren bij de wervelkolom te behandelen. Wetenschappers konden de positie van de straal tijdens de behandeling controleren en bevestigen dat deze precies goed zat. Inderdaad, de behandeling deed de tumoren krimpen.

Wetenschappers hadden al geprobeerd om PET te gebruiken om de locatie van een straal van stabiele ionen te meten. De stabiele ionen geven geen positronen af, maar sommige van de stabiele atoomkernen breken af terwijl ze door materie gaan. Die fragmenten kunnen radioactieve ionen vormen die positronen vrijgeven bij hun verval. Maar de techniek is moeilijk omdat het aantal van deze deeltjes klein is.

Met radioactieve ionenstralen worden veel meer positronen uitgezonden. "Dat stelt ertoe in staat om een zeer scherpe en mooie afbeelding te krijgen van waar het deeltje stopt," zegt stralingsfysicus Mitra Safavi-Naeini van het Nuclear Science and Technology Organisation in Sydney, Australië, die niet betrokken was bij het onderzoek.

De techniek zou wetenschappers ook kunnen helpen begrijpen hoe radioactief materiaal door het lichaam beweegt na een ionenbehandeling, zegt Safavi-Naeini. De radioactieve deeltjes worden uit het bullseye van de straal gespoeld door het bloed dat door het lichaam stroomt. Dit verspreidt de positronsignalen na verloop van tijd. De hoeveelheid van deze uitspoeling kan wetenschappers helpen begrijpen of bloedvaten worden vernietigd door de behandeling, waardoor de toevoer van energie naar de tumor wordt afgesneden. Dit zou wetenschappers helpen begrijpen hoe ze deeltjesstralen het best kunnen gebruiken om de ondergang van kanker te verzekeren.