Новая технология поможет сократить побочные эффекты радиотерапии рака

Национальная ускорительная лаборатория SLAC при Министерстве энергетики США в настоящее время разрабатывает инновационную технологию для медицинских ускорителей, которая поможет онкологическим больным избежать побочных эффектов лучевого лечения за счет сокращения времени облучения с нескольких минут до долей секунды. Она будет встраиваться в новые компактные радиотерапевтические установки и, как надеются ее создатели, сделает лучевое лечение рака более доступным во всем мире.

Недавно объединенная команда SLAC и Стэндфордского университета получила грант, благодаря которому продолжит работать над двумя проектами по созданию новых методов лучевой терапии – один предполагает использование рентгеновского излучения, второй – протонов. В основе обоих лежит идея о том, чтобы разрушать злокачественные клетки с такой скоростью, чтобы здоровые органы и ткани не успевали изменить положения во время облучения – на подобие того, как делают стоп-кадр из видео. Это снизит риск повреждения соседних с опухолью здоровых тканей, сделав радиационную терапию более точной.

«Возможность доставлять дозу радиации, предназначенную для целого курса терапии, в рамках всего одного сеанса длительностью менее секунды стала бы оптимальным решением проблемы постоянного движения органов и тканей (в частности, во время дыхания) и огромным преимуществом перед другими используемыми сегодня методами», – говорит профессор кафедры радиационной онкологии Медицинской школы Стэндфордского университета Билли Лу.

Его коллега Сэмми Тантави, профессор физики элементарных частиц и астрофизики, главный научный сотрудник департамента по изучению высокочастотных ускорителей в отделе инновационных технологии SLAC, который работает вместе с ним над обоими проектами, дополняет: «Чтобы эффективно доставлять высокоинтенсивное излучение в заданную область, нам нужны ускорители в сотни раз более мощные, чем существующие сегодня. Благодаря полученному финансированию мы сможем создать такие установки».

Рентгеновские лучи против клеток рака

Проект, получивший название PHASER, занимается разработкой системы мгновенной доставки рентгеновского излучения. В аппаратах, которые используются сегодня, электроны пролетают сквозь похожий на трубу ускоритель длиной около метра, набирая энергию из радиочастотного поля, которое движется сквозь трубу в то же время и в том же направлении. Энергия электронов затем трансформируется в рентгеновское излучение.

В течение последних нескольких лет команда проекта разработала и протестировала несколько прототипов новых ускорителей с особой конструкцией и новыми методами поддержания радиочастотных полей в трубе. Структурные компоненты будущего аппарата уже изготовлены в соответствии с имитационной моделью, сейчас идет работа над его дизайном, который позволит генерировать более мощную энергию в компактном устройстве.

«Далее мы планируем строительство ускорителя и изучение возможных рисков новой технологии, после чего в течение трех-пяти лет может появиться реальная установка, которую наконец-то можно будет использовать в клинических исследованиях», – говорит Тантави.

Департамент радиационной онкологии Стэндфордского университета в следующем году выделит на эти цели около миллиона долларов и поддержит кампанию по сбору дополнительных средств на научные исследования. Совместно с Медицинской школой департамент основал Научный центр радиационной медицины, занимающийся разработкой более точных методов лучевого лечения. Именно перед ним стоит задача превратить концепцию PHASER в реальную функциональную установку.

Ускорить протонную терапию

В принципе протоны сами по себе менее опасны для здоровых тканей, чем рентгеновское излучение, поскольку внутри человеческого тела выделяют убийственную для злокачественных клеток энергию в гораздо меньшем объеме. Однако протонная терапия в сегодняшнем виде требует больших мощностей, чтобы ускорять протоны и управлять их энергией. Кроме того, она предусматривает использование огромных магнитов весом несколько сотен тонн, которые, вращаясь вокруг тела пациента, направляют протонный пучок в заданную цель.

«Мы стремимся изобрести новые пути управления пучком протонов, которые помогут сделать будущие установки более простыми, компактными и быстрыми», – говорит Эмилио Нанни, научный сотрудник SLAC, который ведет проект вместе с Тантави и Лу.

И этой цели ученые могут достичь уже совсем скоро благодаря 1,7-миллионному гранту, который позволит разработать и реализовать новую технологию в течение ближайших трех лет. «Сейчас мы уже можем приступить к проектированию, изготовлению и тестированию нового типа ускорителей, которые будут способны управлять протонным пучком, контролировать направление его энергии и доставлять высокие дозы радиационного излучения в границы опухоли за считанные доли секунды», – говорит Нанни.

Быстрый, эффективный, доступный

Молниеносная доставка радиации, помимо того, что в разы повышает точность терапии рака, имеет массу других преимуществ. «С помощью эксперимента на лабораторных мышах мы убедились, что когда доза радиации доставляется молниеносно быстро, здоровым тканям наносится гораздо меньший ущерб, при этом разрушительный для раковых клеток эффект такой же или даже выше, чем при традиционном, более длительном облучении, – отмечает профессор Лу. – Если при испытаниях на людях мы получим такой же вдохновляющий результат, это станет кардинально новой вехой в истории радиационной терапии».

Еще одна важная задача, которую ставят перед собой оба проекта, – сделать лучевое лечение более доступным для пациентов по всему миру. По словам Билли Лу, сегодня миллионы людей в разных странах получают только паллиативное лечение, потому что не имеют доступа к онкотерапии. «Мы надеемся, что наша работа поможет сделать эффективное лечение рака доступным большему количеству людей в разных уголках мира», – отмечает он.

Именно поэтому разработчики делают акцент на компактности новых радиотерапевтических установок, их энергоэффективности, экономичности, возможности использования в клинических условиях и соответствии существующей инфраструктуре. Первый широко используемый ускоритель заряженных частиц был изобретен и построен в Стэнфорде задолго до создания SLAC. По словам профессора Тантави, установки нового поколения должны стать прорывом не только в медицине, но и в других областях, включая сферу национальной безопасности.