Vědci prokázali zvýšení účinnosti protonové terapie

Experimenty, na kterých se významně podílejí vědci z Akademie věd ČR, poprvé potvrdily, že využitím proton-borové jaderné reakce se zvyšuje efektivita ničení rakovinných buněk v protonové terapii.

Jde o výsledek spolupráce Fyzikálního ústavu AV ČR (ELI Beamlines), Laboratori Nazionali del Sud (Katánie), Department of Physics of University of Naples Federico II a Fondazione Bruno Kessler (Trento) v Itálii.

Lasery v mezinárodním centru ELI Beamlines, které řídí Fyzikální ústav AV ČR, jsou mj. účinným nástrojem pro výzkum léčby rakoviny pomocí protonové terapie. Při léčbě nádorových onemocnění konvenční fotonovou terapií se využívá rentgenového záření a záření gama. Jejich nevýhodou však je, že nejvyšší dávku ničivé energie dostávají tkáně těsně pod povrchem těla pacienta. Pokud se tedy nádor nachází v hloubce, poškozuje se ozářením nejen nádor, ale i zdravá tkáň před ním a za ním, tedy po celé dráze procházejícího paprsku záření.

Protonová terapie je oproti tomu šetrnější, záření zasahuje zdravé tkáně daleko méně, a to pouze před nádorem, nikoli za ním, přičemž nejsilnější dávka se soustřeďuje přímo v nádoru. Využívá se, jak název naznačuje, těžkých nabitých částic zvaných protony, které jsou zacílené přímo do ozařovaného nádoru. Předávají tedy svou ničivou energii daleko přesněji, což umožňuje úspěšný zákrok i v případě, že se v blízkosti nádoru nachází nějaký důležitý orgán.

Vědci v ELI Beamlines hledají postupy, jak ničení rakovinných buněk v protonové terapii ještě zintenzivnit. Nyní experimentální technikou zvanou proton-borová záchytná terapie (Proton Boron Capture Therapy – PBCT) takovou možnost poprvé prokázali.

Proton-borová záchytná terapie používá molekuly obsahující jádra boru ¹¹B, která mohou proniknout do nádoru nacházejícího se hluboko v tkáni. Buňky nádorů mají totiž oproti normálním buňkám zvýšený metabolismus, a proto intenzivně vstřebávají například borem dopovanou glukózu. Jádra boru mohou být poté ostřelována protonovým svazkem, který se typicky používá v hadronové terapii. V důsledku interakce jednoho protonu s jedním jádrem boru ¹¹B vzniknou tři částice alfa s nízkou energií (kolem 4 MeV). Ty se nakonec zastaví v nádoru, kde uvolní celou svou energii v jediné nádorové buňce. Výsledkem této interakce je vyšší biologické poškození nádorové tkáně ve srovnání s poškozením způsobeným pouze protony. Nespotřebovaný bor není toxický a z těla se vyloučí.

„Výsledek je vědecky a klinicky velmi zajímavý, neboť by mohl rozšířit a vylepšit současné postupy hadronové terapie,“ zdůraznil Pablo Cirrone, lékařský fyzik v Laboratori Nazionali del Sud. Navíc – v přírodě se vyskytuje z 80 % izotop boru ¹¹B a z 20 % izotop boru ¹⁰B. Zatímco již déle využívaná neutronová terapie používá vzácnější ¹⁰B, který se musí nákladně separovat, nová metoda využívá oba izotopy boru, takže drahá separace není nutná.

„Proton-borová fúze je odvětvím výzkumu, které v Praze experimentálně zkoumáme už několik let pomocí laserových urychlovačů částic,“ vysvětluje Daniele Margarone, vedoucí vědecký pracovník Fyzikálního ústavu AV ČR v ELI Beamlines, a dodává: „Naše vědecká spolupráce se zahraničními kolegy umožnila lékařský výzkum pomocí konvenčních urychlovačů částic; byla klíčem k dosažení zajímavého vědeckého výsledku.“


Schematické znázornění konvenční radioterapie pomocí protonových svazků s nižším lineárním přenosem energie (linear energy transfer, LET – levá část obrázku) a borem posílené protonové terapie (pravá část obrázku). Zatímco v konvenční radioterapii dopadající protony způsobují hlavně izolované a většinou opravitelné poškození DNA, extrémně lokalizovaná emise záření s vysokým lineárním přenosem energie produkovaná fúzí protonů s borem v koncových bodech dráhy protonu způsobuje daleko větší poškození DNA. Vede to k očekávanému nárůstu efektivity likvidace nádorových buněk. Nádorové buňky na obrázku jsou znázorněny tmavší barvou a červená přerušovaná čára znázorňuje míru efektivity působení protonů při průchodu tkání. Počet šipek protonů znázorňuje intenzitu protonového svazku.

Inovativní metoda PBCT zvyšuje relativní biologickou účinnost protonové terapie a zároveň zachovává unikátní fyzikální vlastnosti urychlených protonů, tudíž připravuje prostor pro léčbu radiorezistentních nádorů, tedy nádorů necitlivých na záření, jako jsou např. gliom nebo nádory slinivky břišní. „Dosažení toho výsledku je příkladem smysluplné a úspěšné mezioborové spolupráce aplikovaného výzkumu. Takový výzkum kombinuje odbornost různých odvětví vědy souvisejících s fyzikou a biologií a v blízké budoucnosti se, doufejme, projeví i v medicíně,“ vysvětluje Lorenzo Manti, profesor University of Naples Federico II.

„Medicínské aplikace vysokovýkonových laserů jsou pro výzkum na ELI Beamlines důležité. Dokazuje to i společný projekt s Laboratori Nazionali del Sud nazvaný ELIMED a také podání žádosti o národní mezioborový grant s pražským Protonovým centrem, kde bude pokračovat i další výzkum proton-borové terapie“, zdůrazňuje Georg Korn, vedoucí výzkumných programů na ELI Beamlines.

Připravila: Jana Olivová, Divize vnějších vztahů SSČ AV ČR, Daniele Margarone a Jan Řídký, ELI Beamlines a Fyzikální ústav AV ČR
Foto: Archiv ELI Beamlines a Fyzikálního ústavu AV ČR, Taheri-Kadkhoda, Wikimedia Commons

Přečtěte si také

• Další úspěšný krok na cestě k termojaderné fúzi, hlásí američtí vědci
• Strážci přesné sekundy. Jak se měří, uchovává a sdílí čas?
• Pevná a ohebná jako kost. Slitina je příslibem nové generace implantátů
• Čistíme vodu efektivně? Kvalitu je možné snadno zvýšit, říkají vědci
• Výměna dvou Sluncí: jaderná fúze slibuje bezpečnou a čistou budoucnost
• Pohyb světlem od dávné vesmírné sci-fi po dnešní realitu mikrosvěta
• Vize pro energii budoucnosti nabývá konkrétních obrysů díky novému tokamaku
• Obstála ve světě oceli, navíc v Japonsku. Vědkyně rozvíjí unikátní mikroskopii
• Bez jaderných elektráren se v Česku neobejdeme, říká předseda Komise pro energetiku
• Nový mikroskop zobrazuje pohyb molekuly velké jako tisícina vlasu, a to ve 3D