Hur protonstrålbehandling kan döda cancer på millisekunder
Ny forskning på möss visar "för första gången" att forskare kan använda protoner för att administrera strålbehandling inom några millisekunder och dödar cancerceller samtidigt som de skyddar frisk vävnad.
Över hälften av personerna med cancerdiagnos får strålbehandling.
Strålning skadar DNA i cancerceller, antingen saktar deras utveckling eller dödar dem.
Detta är dock en långsam process; strålning förstör inte cancerceller direkt - ibland tar det veckors behandling att skada cellernas DNA tillräckligt för att döda dem.
En ytterligare anledning till att strålbehandling kan ta flera veckor är att terapin sannolikt kommer att lyckas när cancerceller växer och delar sig i nya celler.
Att sprida behandlingen under en lång period ökar därför chansen att strålningen riktar sig mot cancerceller när de befinner sig i en växande fas.
Slutligen hjälper administrering av strålning i små, dagliga doser till att skydda friska celler genom att ge dem mer tid att reparera.
Men ny forskning tyder på att det kan finnas ett sätt att administrera strålning med rekordhastighet samtidigt som den skyddar frisk vävnad.
Den innovativa tekniken kallas FLASH, eller strålbehandling med ultrahög dos, och enligt tidigare forskning använder den elektroner för att minimera hälsosam vävnadsskada medan man riktar sig mot tumörer.
Det är viktigt att FLASH påstås uppnå dessa effekter på mindre än en sekund, vilket kan minska strålningstiden exponentiellt.
Den nya studien visar hur användning av protonstrålning istället för elektroner eller fotoner, tillsammans med andra tekniska justeringar, kan göra FLASH till ett kraftfullt verktyg som kan leverera strålning i millisekunder.
Dr. James M. Metz, chef för Roberts Proton Therapy Center och ordförande för strålningsonkologi vid University of Pennsylvania, Philadelphia, är medarbetare och motsvarande författare till den nya studien, som visas i International Journal of Radiation Oncology, Biology, and Physics.
Testar proton FLASH-behandling mot cancer
Som författarna förklarar i sin uppsats har tidigare forskning föreslagit att FLASH-terapi dödar cancerceller samtidigt som man behåller normal vävnad i hjärn-, lung-, tarm- och hudcancer.
Men finns det en dosgräns för FLASH-terapi? Och kan forskare leverera FLASH mycket snabbare samtidigt som de bibehåller dess skyddande effekter och cancereffekt?
Tidigare studier på möss, säger forskarna, har visat att en ökning av strålningshastigheten för elektronstrålbehandling kan skydda mot kognitiv nedgång under hjärnstrålning. Och i andra musmodeller - av lungfibros och gastrointestinal strålningssyndrom - ökar elektronstrålningsskyddad frisk vävnad.
Så antog forskarna bakom den aktuella studien att användning av protoner istället för elektroner i FLASH-terapi skulle göra det möjligt att leverera en högre dos av strålning samtidigt som de skyddade effekterna bibehålls.
Dessutom anses protonbehandling i allmänhet vara säkrare och effektivare än elektronterapi.
Bevisa genomförbarheten av proton FLASH
För att testa deras hypotes och "för att förstå de biologiska effekterna av [FLASH] protonstrålar" designade och byggde forskarna en radioterapiapparat som kunde leverera FLASH eller standardstrålningsdoshastigheter "med dubbla spridda protoner i en [...] CT-definierad geometri . ”
Forskarna använde en "enkel pennastråle" för att skapa ett "dubbelt spridningssystem", vilket kringgick en svårighet som hade hindrat tidigare forskargrupper från att skapa den nödvändiga strålningsdosen eller fältstorleken.
Sedan applicerade teamet den nya apparaten i en musmodell av bukspottkörtelcancer och fann att den framgångsrikt riktade sig mot bukspottkörtelcancer flank tumörer samtidigt som gastrointestinala skador minskade.
”Vi har kunnat utveckla specialiserade system i forskningsrummet för att generera FLASH-doser, visa att vi kan styra protonstrålen och utföra ett stort antal experiment för att hjälpa oss att förstå konsekvenserna av FLASH-strålning som vi helt enkelt inte kunde ha gjort med en mer traditionell forskningsinställning, förklarar Dr. Metz.
"Det här är första gången någon publicerar fynd som visar möjligheten att använda protoner - snarare än elektroner - för att generera FLASH-doser med en accelerator som för närvarande används för kliniska behandlingar."
Dr. James M. Metz
Därefter planerar forskarna att utforma en apparat som skulle ge FLASH på detta sätt till människor.
