Облучение экстерном: ученые доказали безопасность флеш-терапии рака
Ученые из Дубны провели эксперимент, в результате которого установили, что облучение опухолевых клеток во флеш-режиме может быть эффективно и менее токсично для окружающих здоровых тканей, чем при стандартном подходе. Речь идет об очень интенсивном, но кратковременном воздействии на биологический материал. Это может стать шагом к развитию в России и мире одного из самых перспективных методов лучевой терапии рака, при котором пациенту не нужно проходить длительный курс лечения, а достаточно одного сеанса. О том, как развивается методика и какие этапы еще нужно пройти исследователям до ее внедрения в клиническую практику, — в материале «Известий».
Эффект вспышки
Эксперимент ученых Объединенного института ядерных исследований (ОИЯИ) на культуре клеток человека показал эффективное действие флеш-терапии. Это новый перспективный метод внешней лучевой терапии, который заключается в доставке лечебной дозы излучения при сверхвысокой мощности в очень короткий промежуток времени. Пациенту в таком случае потребуется не 20–30 сеансов по несколько минут, как это происходит сейчас, а всего один. Однако пока эта революционная методика во всем мире остается экспериментальной и в клинической практике не применяется.
Результаты исследования, проведенного учеными лаборатории ядерных проблем (ЛЯП) института, подтвердили, что использование флеш-режима в радиотерапии помогает сберечь окружающие опухоль здоровые ткани. Эксперимент проводился на культуре клеток человека и показал большую выживаемость при облучении протонами во флеш-режиме в отличие от облучения при стандартных мощностях доз. Для этого использовали установку ЛЯП — фазотрон — с применением высокоинтенсивного протонного пучка. По мнению ученых, данное исследование поможет в развитии методов радиотерапии в будущем, а также приблизит их к пониманию механизма действия флеш-эффекта.
Лаборатория ядерных проблем ОИЯИ
Специалисты изучили выживаемость культуры клеток карциномы легкого человека линии А549 после облучения протонным пучком. Они были взяты в банке клеточных культур Санкт-Петербурга и использовались в качестве модели. Облучение биоматериала проводилось на протонном пучке 660 МэВ фазотрона ЛЯП методом «напролет» (то есть с фиксированной энергией выведенного пучка) в двух режимах: стандартном, при мощности дозы около 0,1 Гр/с, и во флеш-режиме, при мощности дозы 70 Гр/с.
— Для этого облученные в двух исследуемых режимах клетки высевали на чашки Петри с низкой плотностью и культивировали в стандартных условиях в течение времени, необходимого для формирования колоний, — рассказала «Известиям» старший научный сотрудник отдела фазотрона ЛЯП ОИЯИ Анна Рзянина. — Примерно через 12–14 суток из единичных клеток формируются колонии, видимые невооруженным глазом. После окраски специальными красителями можно посчитать количество выросших сообществ и по специальной формуле рассчитать выживаемость клеток после облучения.
По результатам эксперимента было отчетливо видно, что облучение протонами при сверхвысокой мощности дозы снижает выживаемость клеток меньше, чем облучение в стандартном режиме.
Щадит здоровые клетки
Пилотные работы по исследованию флеш-эффекта сотрудники ОИЯИ начали еще в 2020 году. По словам исследователей, смысл метода заключается в том, что вся лечебная доза подводится к патологическому очагу за очень короткое время — порядка нескольких десятков миллисекунд. В таком режиме облучения уменьшается степень повреждения нормальных тканей, окружающих опухоль и попадающих под действие излучения, в то же время воздействие на раковые клетки сохраняется практически на прежнем уровне, что улучшает перспективу локального контроля опухоли при меньшей частоте возникновения побочных эффектов. В настоящее время показано, что флеш-терапия эффективно снижает токсичность в легких, кишечнике, головном мозге и коже лабораторных животных, а также позволяет сохранять противоопухолевый эффект в раковых клетках.
Установка фазотрон
При этом флеш-терапия на пучках электронов в первую очередь подходит для поверхностных опухолей (например, рака кожи), тогда как с помощью протонной флеш-терапии можно лечить глубоко расположенные новообразования, рассказали ученые. Это связано с тем, что протоны отличаются отсутствием рассеяния излучения в теле и возможностью торможения пучка на заданной глубине. При этом с глубиной проникновения плотность энергии возрастает, величина поглощенной дозы увеличивается, достигая так называемого пика Брэгга — максимума в конце пробега частиц.
— Это позволяет сделать вывод, что облучения во флеш-режиме оказывается для клеток более щадящим. Поэтому дальнейшее изучение представляет огромный теоретический и практический интерес. Применение флеш-режима в радиотерапии может минимизировать повреждения здоровой ткани и сократить количество фракций облучения. Тем не менее к настоящему времени отсутствует хорошо проработанное представление о механизме действия флеш-эффекта. Необходимы дальнейшие исследования, которые помогут прояснить его радиобиологический механизм, — подчеркнула Анна Рзянина.
От мелкого к крупному
Протонная терапия уже вошла в клиническую практику для лечения новообразований или метастазов в головном мозге, сказала «Известиям» врач аллерголог-иммунолог, онколог, врач клинической лабораторной диагностики клиники МАММА Елена Абакушина. Нерешенной остается проблема повреждения здоровых тканей, окружающих опухоль.
— Флеш-режим активно изучают на моделях in vitro и мелких животных. На многих протонных установках в РФ такие мощности дозы, к сожалению, пока дать нельзя. Поэтому приблизиться к клиническим исследованиям можно через изучение влияния такого режима на крупных животных с опухолями и оценку отдаленных и острых лучевых реакций, — рассказала она.
Пациент и медработник во время проведения процедур в отделении радиотерапии
Радиотерапия остается одним из эффективных методов борьбы со злокачественными заболеваниями, и дальнейшие исследования по оптимизации режимов крайне актуальны, отметил руководитель центра превосходства «Персонифицированная медицина» Института фундаментальной медицины и биологии КФУ Альберт Ризванов.
— Однако при подобных исследованиях требуется очень тщательно подбирать контрольную группу. Например, использовать не только опухолевые клетки, но и нормальные клетки человека, для того чтобы показать, что именно первые имеют большую чувствительность к флеш-терапии. И в этом исследовании хотелось бы видеть и такие результаты, — подчеркнул специалист.
Как рассказали в ОИЯИ, помимо прочего, сейчас следует уделить особое внимание разработке специального оборудования и средств дозиметрии для проведения экспериментов в режиме флеш-облучения. В настоящее время над этой проблемой в ЛЯП активно работает группа под руководством начальника отдела фазотрона Геннадия Мицына.
