МОСКВА, 12 янв — РИА Новости, Татьяна Пичугина. Год назад первый в мире онкобольной прошел флэш-терапию. В ноябре начались клинические испытания этого метода при помощи протонного ускорителя. Суть в том, чтобы облучить опухоль с ультравысокой мощностью дозы за миллисекунды — тогда погибают только больные клетки. Флэш-эффект изучают всего несколько лет, внедрение в широкую практику — дело будущего, но уже полученные результаты обнадеживают.
Первый пациент
В июне 2018-го ученые из госпиталя Университета Лозанны под руководством Мари-Катрин Возенин предложили 75-летнему мужчине, страдающему лимфомой, экспериментальное флэш-лечение. Диагноз поставили десять лет назад, с тех пор больной прошел 110 сеансов радиотерапии, но злокачественные язвы на коже прогрессировали, причем от радиации страдали здоровые ткани. Пациента предупредили, что на людях новый метод еще не пробовали, но он согласился.
В клинике уже был линейный ускоритель электронов — на нем проводили доклинические испытания на кошках и карликовых свиньях — мини-пигах. В качестве мишени выбрали самую характерную устойчивую язву на предплечье размером 3,5 сантиметра.
Такие установки облучают фотонами, рождающимися в процессе торможения электронов. При обычной радиотерапии требуется некоторое количество сеансов по несколько минут малыми дозами. Ускоритель в Лозанне выдает очень высокие дозы энергии микросекундными импульсами, поэтому достаточно одного сеанса. Первый пациент суммарно получил 15 грэй за десять микросекундных импульсов.
Как пишут в статье об итогах эксперимента, через десять дней язва стала сокращаться, через 36 — залечилась, а через пять месяцев — полностью исчезла. Воспаления окружающих тканей прошли быстрее, чем обычно.
Что такое флэш-эффект
Интерес к флэш-терапии возник в 2014 году после публикации той же группы ученых из Лозанны в журнале Science об опытах на кошках с подсаженным раком. Выяснилось, что, если резко повысить мощность радиации, воздействие на больные ткани гораздо сильнее, чем на здоровые. Это открывало совершенно новые перспективы.
При конвенциональной (традиционной) радиотерапии фотонами облучают весь организм или определенный участок тела. При этом энергия пучка постепенно падает по мере взаимодействия с окружающими тканями. Как правило, за один раз больные клетки не погибают, поэтому нужно несколько сеансов. Суммарную дозу рассчитывают так, чтобы не убить здоровые органы, и этого зачастую не хватает для полного уничтожения опухоли. Для жизненно важных органов — глаз, мозга — этот метод не подходит. Не действует он и на радиорезистентные виды рака.
Если же облучить опухоль большой дозой, но мгновенно, больные клетки погибают, а окружающие нормальные ткани — нет. Это заметили еще в середине XX века, однако тогда реализовать флэш-эффект на практике было технически невозможно. Современные технологии позволили решить эту задачу.
При ионизирующем излучении высокоэнергетичные частицы — фотоны, гамма-кванты — непосредственно повреждают нити ДНК. Кроме того, они ионизируют воду внутри клетки, запуская каскад химических реакций. Кислород в клетке уходит на образование активных радикалов, которые тоже атакуют ДНК, а сама клетка задыхается и отравляется продуктами своего метаболизма.
Проблема в том, что есть опухоли, почти лишенные кислорода, — на них излучение действует слабее. Такие злокачественные образования называют радиорезистентными. А вот здоровые ткани, хорошо снабжающиеся кислородом, погибают. Вот почему при обычной радиотерапии за сеанс дают небольшую дозу при мощности порядка 0,03 грэя в секунду. При флэш-терапии — больше 40 грэй. Но облучение продолжается микросекунды.
Ученые объясняют флэш-эффект гипоксией клеток, которая наступает при облучении с ударной мощностью дозы. Нет кислорода — нет повреждения. Возможно, что активные формы кислорода по-разному ведут себя в нормальных и раковых клетках. Предполагают также, что свой вклад вносит иммунная реакция организма на облучение, особенно трансформирующий ростовой фактор бета (TGF-β). Этот цитокин, предшествующий воспалительному ответу, синтезируется в организме при небольших дозах радиации. Но на ультравысоких мощностях его уровень, наоборот, падает, и осложнений не возникает.
© Иллюстрация РИА Новости
Сравнение традиционной и флэш-радиотерапии
Открытие ультрафлэш-эффекта
"Флэш-эффект, безусловно, реален, но у исследователей есть желание повысить мощность, за 100 грэй в секунду, и дозу поднять выше десяти грэй. Также важно улучшить конформность облучения (точность совмещения пучка высокоэнергетических частиц и опухоли. — Прим. ред.). Для этого наш ускоритель оказался наиболее подходящим", — рассказал заведующий лабораторией медицинской физики ИЯИ РАН Сергей Акулиничев на состоявшейся 2 декабря онлайн-конференции, посвященной 50-летию института.
ИЯИ РАН располагает линейным ускорителем протонов, построенным еще в советское время. По сравнению с обычной радиотерапией у облучения протонами есть большое преимущество. Эти частицы тяжелее, их сложнее ускорять, но, проникая через воду или организм, они сбрасывают энергию в основном в конце пролета — на так называемом пике Брэгга. Протонный пучок образует невидимый острейший скальпель, способный точно удалить глубокозалегающую опухоль. Протонная терапия подходит для самых сложных локализаций рака.
Естественно, возникла идея попробовать флэш-режим для протонов. В ноябре в детской клинике Цинциннати в США так пролечили первого пациента на циклотроне Varian. Это положило начало первому в мире клиническому исследованию флэш-терапии. Ученые намерены облучить десять человек с метастазами в костях.
Мощность дозы, которую дает установка Varian, — 70 грэй в секунду при массе мишени до ста граммов. У линейного ускорителя ИЯИ РАН — 300 тысяч грэй в секунду для килограммовой мишени. Казалось бы, некорректно сравнивать мощную научную установку, предназначенную для раскрытия тайн Вселенной, и медицинскую. Но исследования для радиотерапии часто проводят как раз в научных ускорительных центрах — полученные результаты несложно масштабировать.
"В одном импульсе ускорителя — 1013 протонов. Этого достаточно, чтобы вылечить рак. Большой ток нам отчасти мешал для обычной лучевой терапии, сейчас это стало решающим преимуществом для работы во флэш-режиме", — отметил Акулиничев.
Ученые провели эксперименты на водном фантоме и клеточных культурах. При импульсном токе ускорителя десять миллиампер они облучили мишень дозой 50 грэй. На это ушло всего сто микросекунд.
"Оказалось, что в этом случае раковые клетки еще сильнее подавляются, а вред нормальным тканям уменьшается. С помощью нашего сверхмощного излучения мы продемонстрировали ультрафлэш-эффект", — прокомментировал в разговоре с РИА новости ученый.
Сейчас в Троицке на ускорителе ИЯИ РАН идет сеанс. Если ультрафлэш-эффект подтвердится, это станет большим шагом на пути к новому виду радиотерапии.