Radioaktiva strålar ger en realtidsvy av cancerbehandling hos möss

Cancerbekämpande partikelstrålar har fångats in i aktion.

Partikelstrålar kan ge en kraftig energiknuff direkt till tumörer - förutsatt att strålen är på rätt plats. Nu har forskare med hjälp av en radioaktiv stråle pekat ut strålens position medan de behandlade tumörer hos möss. Det är den första framgångsrika behandlingen av tumörer med en radioaktiv stråle, rapporterar forskare i en artikel som skickades in den 23 september på arXiv.org.

Tekniken skulle kunna tillåta forskare att så småningom behandla mänskliga patienter med millimeterprecision - särskilt viktigt när en tumör är inbäddad intill ett känsligt organ som ryggmärgen eller hjärnstammen.

Hjälp oss att förbättra genom att delta i vår 15-frågersläsarenkät.

Olika typer av strålning kan behandla cancer. Den vanligaste är röntgenstrålning, hög energi som kan förstöra DNA i tumörceller. Men röntgenstrålning deponerar sin energi längs hela strålens bana, vilket resulterar i potentiell kollateralskada i andra delar av kroppen. Mer precist tumörriktning är möjlig med partiklar som protoner eller joner - elektriskt laddade atomer - som dumpar det mesta av sin energi på en plats.

Jonbehandling utförs för närvarande vid över ett dussin center runt om i världen. Dessa behandlingar använder stabila, icke-radioaktiva joner - vanligtvis kol-12, en variant av kol med sex protoner och sex neutroner i dess kärna. Partiklarna i strålen har sina elektroner avskalade, vilket ger dem en positiv laddning.

Tumören riktas baserat på beräkningar av hur djupt en stråle kommer penetrera, i kombination med tidigare avbildning av patienten, exempelvis en datortomografi (SN: 12/10/21). Men kroppar är inte stela, och organ kan förskjutas mellan avbildning och behandling. Idealt skulle strålens position bekräftas i realtid. Det är precis vad den nya tekniken tillåter.

”Om du använder en radioaktiv jon kan du samtidigt döda tumören och se strålen,” säger fysiker Marco Durante vid GSI Helmholtz Centre for Heavy Ion Research i Darmstadt, Tyskland.

Durante och kollegor använde kol-11-joner, som har en färre neutron i sina atomkärnor än kol-12-joner gör, vilket gör dem radioaktiva. När kol-11 sönderfaller, frigör det en positron - en positivt laddad antipartikel av en elektron. Forskare kan detektera den positron som utplånas med en elektron i kroppen, via positronemissionstomografi eller PET (SN: 2/13/14). Det identifierar var strålen dumpar sina partiklar.

I studien använde forskarna kol-11-joner för att behandla möss med tumörer nära ryggraden. Forskare kunde kontrollera strålens position under behandlingen och bekräfta att den var helt rätt. Verkligen, behandlingen krympte tumörerna.

Forskare hade redan försökt använda PET för att mäta platsen för en stråle av stabila joner. De stabila jonerna utsöndrar inte positroner, men några av de stabila atomkärnorna delas sönder när de passerar genom material. Dessa fragment kan skapa radioaktiva joner som frigör positroner vid sina sönderfall. Men tekniken är svår eftersom antalet sådana partiklar är litet.

Med radioaktiva jonstrålar utsänds många fler positroner. ”Det tillåter [dig] att få en mycket skarp och vacker bild av var partikeln stannar,” säger strålningsfysiker Mitra Safavi-Naeini vid Australiens Nuclear Science and Technology Organisation i Sydney, som inte var involverad i forskningen.

Tekniken skulle även kunna hjälpa forskare att förstå hur radioaktivt material rör sig genom kroppen efter en jonbehandling, säger Safavi-Naeini. De radioaktiva partiklarna sköljs ut från strålens bullseye av blod som flödar genom kroppen. Detta sprider ut positronsignalen över tid. Mängden av denna utsköljning skulle kunna hjälpa forskare att förstå om blodkärlen förstörs av behandlingen, vilket i sin tur kapar tumörens energiförsörjning. Detta skulle kunna hjälpa forskare att förstå hur man på bästa sätt ska använda partikelstrålar för att säkerställa cancerens självförintelse.