Promieniowanie radioaktywne daje w czasie rzeczywistym obraz leczenia raka u myszy

Wiązki cząstek zwalczających raka złapano na gorącym uczynku.

Wiązki cząstek mogą dostarczyć wybuch energii niszczącej bezpośrednio do guzów — zakładając, że wiązka jest w odpowiednim miejscu. Teraz, korzystając z radioaktywnej wiązki, naukowcy zlokalizowali miejsce przebiegu wiązki podczas leczenia guzów u myszy. Jest to pierwsze udane leczenie nowotworów za pomocą radioaktywnej wiązki, jak informują naukowcy w artykule złożonym 23 września na stronie arXiv.org.

Technika ta w przyszłości mogłaby pozwolić naukowcom na leczenie ludzi z milimetrową precyzją — szczególnie ważne, gdy guz sąsiaduje z wrażliwym organem, takim jak rdzeń kręgowy lub pień mózgu.

Pomóż nam poprawić się, pobierając naszą 15-pytaniową ankietę czytelników.

Różne rodzaje promieniowania mogą leczyć raka. Najbardziej powszechne są promieniowanie rentgenowskie, wysokoenergetyczne światło, które może zniszczyć DNA w komórkach nowotworowych. Ale promienie rentgenowskie odkładają swoją energię wzdłuż trasy wiązki, powodując potencjalne uszkodzenia w innych częściach ciała. Precyzyjne docelowanie guza jest możliwe z użyciem cząstek, takich jak protony lub jony — naładowane elektrycznie atomy — które wydzielają większość swojej energii w jednym miejscu.

Leczenie jonami obecnie jest wykonywane w ponad dwunastu ośrodkach na całym świecie. Te leczenia używają stabilnych, nie-radioaktywnych jonów — zwykle węgla-12, odmiany węgla z sześcioma protonami i sześcioma neutronami w swoim jądrze. Cząstki w wiązce mają zelektryzowane elektrony, co nadaje im dodatni ładunek.

Guz jest celowany na podstawie obliczeń dotyczących głębokości, na jaką wiązka sięgnie, w połączeniu z wcześniejszymi badaniami obrazowymi pacjenta, na przykład tomografią komputerową. Ale ciała nie są sztywne, a organy mogą przesuwać się między badaniami i leczeniem. Idealnie wiązka powinna być potwierdzona w czasie rzeczywistym. I to właśnie pozwala na nowa technika.

"Jeśli używasz radioaktywnego jonu, możesz jednocześnie zabić guz i zobaczyć wiązkę" — mówi fizyk Marco Durante z GSI Helmholtz Centre for Heavy Ion Research w Darmstadt w Niemczech.

W badaniu naukowcy użyli jonów węgla-11, które mają jeden mniej neutron w swoich jądrach atomowych niż jony węgla-12, co czyni je radioaktywnymi. Kiedy węgiel-11 ulega rozpadowi, wydziela pozyton — dodatnio naładowany antymaterii partner elektronu. Naukowcy mogą wykryć, jak pozyton anihiluje z elektronem w ciele, za pomocą pozytonowej tomografii emisyjnej, czyli PET. To identyfikuje, gdzie wiązka wydziela swoje cząstki.

W badaniu naukowcy użyli jonów węgla-11 do leczenia myszy z guzami w pobliżu kręgosłupa. Naukowcy mogli sprawdzić położenie wiązki podczas leczenia i potwierdzić, że jest idealne. Traktowanie faktycznie zmniejszyło guzy.

Naukowcy próbowali już wcześniej używać PET do pomiaru lokalizacji wiązki stabilnych jonów. Stabilne jony nie emitują pozytonów, ale niektóre stabilne jądra atomowe rozpadają się, przechodząc przez materiał. Te fragmenty mogą tworzyć radioaktywne jony, które uwalniają pozytony w swoich rozpadach. Ale technika ta jest trudna, ponieważ liczba takich cząstek jest mała.

Z radioaktywnymi wiązkami jonów emitowanych jest znacznie więcej pozytonów. "To pozwala uzyskać bardzo wyraźny i piękny obraz, gdzie cząstka się zatrzymuje" — mówi fizyk radiacyjny Mitra Safavi-Naeini z Australijskiej Organizacji Nauki i Technologii Jądrowej w Sydney, która nie była zaangażowana w badania.

Technika ta mogłaby również pomóc naukowcom zrozumieć, w jaki sposób radioaktywny materiał przemieszcza się przez ciało po leczeniu jonami, mówi Safavi-Naeini. Radioaktywne cząstki są zmywane z centrum wiązki przez przepływające przez ciało krwi. To rozprzestrzenia sygnał pozytonu z biegiem czasu. Ilość tego przepłukiwania może pomóc zrozumieć, czy naczynia krwionośne są niszczone przez leczenie, co odcina dostawę energii do guza. To mogłoby pomóc naukowcom zrozumieć, jak najlepiej wykorzystać wiązki cząstek do zapewnienia zagłady raka.