Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Терапия быстрыми нейтронами
UW Therapy room.jpg
Лечебный кабинет нейтронно-лучевой терапии
МКБ-10-ПКD? 0? 5ZZ
МКБ-992,26

В терапии быстрыми нейтронами для лечения рака используются нейтроны высокой энергии, обычно от 50 до 70 МэВ . Большинство пучков для терапии быстрыми нейтронами производятся реакторами, циклотронами (d + Be) и линейными ускорителями. Нейтронная терапия в настоящее время доступна в Германии, России, Южной Африке и США. В США действуют три лечебных центра в Сиэтле, Вашингтоне, Детройте, Мичигане и Батавии, штат Иллинойс. Центры в Детройте и Сиэтле используют циклотрон, который производит пучок протонов, падающих на бериллиевую мишень; Центр Batavia в Фермилабе использует линейный ускоритель протонов.

Преимущества [ править ]

Лучевая терапия убивает раковые клетки двумя способами в зависимости от эффективной энергии источника излучения. Количество энергии, выделяемой при прохождении частиц через участок ткани, называется линейной передачей энергии (ЛПЭ). Рентгеновские лучи производят излучение с низкой ЛПЭ, а протоны и нейтроны производят излучение с высокой ЛПЭ. Излучение с низкой ЛПЭ повреждает клетки преимущественно за счет генерации активных форм кислорода, см. Свободные радикалы. Нейтрон не заряжается и повреждает клетки прямым воздействием на ядерные структуры. Злокачественные опухоли, как правило, имеют низкий уровень кислорода и, следовательно, могут быть устойчивы к излучению с низкой ЛПЭ. Это дает нейтронам преимущество в определенных ситуациях. Одним из преимуществ является, как правило, более короткий цикл лечения. Чтобы убить такое же количество раковых клеток, нейтронам требуется треть эффективной дозы, чем протонам. [1] Другим преимуществом является установленная способность нейтронов лучше лечить некоторые виды рака, такие как слюнные железы, аденоидно-кистозные карциномы и определенные типы опухолей головного мозга, особенно глиомы высокой степени злокачественности [2]

LET [ править ]

Сравнение электронов с низкой ЛПЭ и электронов с высокой ЛПЭ

Когда рентгеновские лучи терапевтической энергии (от 1 до 25 МэВ) взаимодействуют с клетками в тканях человека, они делают это в основном за счет комптоновских взаимодействий и производят вторичные электроны с относительно высокой энергией. Эти высокоэнергетические электроны передают свою энергию примерно 1  кэВ / мкм . [3] Для сравнения, заряженные частицы, образующиеся в месте взаимодействия нейтронов, могут передавать свою энергию со скоростью 30–80 кэВ / мкм. Количество энергии, выделяемой при прохождении частиц через участок ткани, называется линейной передачей энергии (ЛПЭ). Рентгеновские лучи производят излучение с низкой ЛПЭ, а нейтроны производят излучение с высокой ЛПЭ.

Поскольку электроны, произведенные из рентгеновских лучей, имеют высокую энергию и низкую ЛПЭ, когда они взаимодействуют с клеткой, обычно происходит лишь несколько ионизаций. Тогда вероятно, что излучение с низкой ЛПЭ вызовет только разрывы одной нити спирали ДНК. Одноцепочечные разрывы молекул ДНК могут быть легко восстановлены, поэтому воздействие на клетку-мишень не обязательно является летальным. Напротив, заряженные частицы с высокой ЛПЭ, образующиеся в результате нейтронного облучения, вызывают много ионизаций при прохождении через клетку, и поэтому возможны двухцепочечные разрывы молекулы ДНК. Реставрация двухцепочечных разрывов ДНК намного сложнее для восстановления клетки и с большей вероятностью приведет к ее гибели.

Механизмы репарации ДНК достаточно эффективны [4], и в течение жизни клетки многие тысячи однонитевых разрывов ДНК будут исправлены. Однако достаточная доза ионизирующего излучения вызывает такое количество разрывов ДНК, что подавляет способность клеточных механизмов справиться с ними.

Терапия тяжелыми ионами (например, ионами углерода) использует столь же высокую ЛПЭ 12 ионов C 6+ . [5] [6]

Из-за высокой ЛПЭ относительное радиационное повреждение (относительный биологический эффект или ОБЭ ) быстрых нейтронов в 4 раза больше, чем у рентгеновских лучей [7] [8], что означает, что 1 рад быстрых нейтронов равен 4 радам рентгеновского излучения. . ОБЭ нейтронов также зависит от энергии, поэтому нейтронные пучки, полученные с разными энергетическими спектрами на разных установках, будут иметь разные значения ОБЭ.

Кислородный эффект [ править ]

Присутствие кислорода в клетке действует как радиосенсибилизатор , делая воздействие излучения более разрушительным. Опухолевые клетки обычно имеют более низкое содержание кислорода, чем нормальные ткани. Это заболевание известно как гипоксия опухоли, поэтому кислородный эффект снижает чувствительность опухолевой ткани. [9] Кислородный эффект можно количественно описать с помощью коэффициента повышения содержания кислорода (OER). Обычно считается, что нейтронное облучение преодолевает эффект гипоксии опухоли [10], хотя есть контраргументы [11]

Клиническое использование [ править ]

Эффективность нейтронных пучков для лечения рака простаты была продемонстрирована в ходе рандомизированных исследований. [12] [13] [14] Терапия быстрыми нейтронами успешно применяется против опухолей слюнных желез . [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] Аденоидно-кистозные карциномы также подвергались лечению. [23] [24] Были исследованы различные другие опухоли головы и шеи . [25] [26] [27]

Побочные эффекты [ править ]

Ни одна терапия рака не обходится без риска побочных эффектов. Нейтронная терапия - это очень мощный ядерный скальпель, который требует особой осторожности. Например, некоторые из самых замечательных лекарств, которые удалось достичь, - это рак головы и шеи. Многие из этих видов рака не поддаются эффективному лечению с помощью других методов лечения. Однако нейтронное повреждение близлежащих уязвимых областей, таких как мозг и сенсорные нейроны, может привести к необратимой атрофии мозга, слепоте и т. Д. Риск этих побочных эффектов можно значительно снизить с помощью нескольких методов, но полностью устранить их невозможно. Более того, некоторые пациенты более подвержены таким побочным эффектам, чем другие, и это невозможно предсказать.В конечном итоге пациент должен решить, перевешивают ли преимущества возможного длительного лечения риски этого лечения, когда он сталкивается с неизлечимым раком.[28]

Центры быстрых нейтронов [ править ]

Несколько центров по всему миру использовали быстрые нейтроны для лечения рака. Из-за отсутствия финансирования и поддержки в настоящее время в США действуют только три. В Вашингтонском университете и Центре радиационной онкологии им. Гершенсона используются пучки для терапии быстрых нейтронов, и оба они оснащены многолистовым коллиматором (MLC) для формирования пучка нейтронов. [29] [30] [31]

Вашингтонский университет [ править ]

В отделении радиационной онкологии [32] работает протонный циклотрон, который производит быстрые нейтроны, направляя протоны с энергией 50,5 МэВ на бериллиевую мишень. Циклотрон UW оснащен смонтированной на портале системой доставки MLC для создания полей определенной формы. Система UW Neutron называется системой клинической нейтронной терапии (CNTS). [33] CNTS типичны для большинства систем нейтронной терапии. Большое, хорошо защищенное здание необходимо для снижения радиационного облучения населения и размещения необходимого оборудования.

Univ. Вашингтонского CNTS

  • UW циклотрон

  • Многолистный коллиматор (MLC), используемый для формирования нейтронного пучка.

  • Схема доставки лечебного поля. Кушетка пациента была повернута вместе с гентри, так что пучок нейтронов будет входить под углом, чтобы обеспечить максимальную щадящую нормальную ткань.

  • Пример обработки нейтронного поля, коллимированного с помощью нейтронного МЛК

Канал передает пучок протонов от циклотрона к портальной системе. Система гентри содержит магниты для отклонения и фокусировки пучка протонов на бериллиевой мишени. Конец гентри системы называется головкой и содержит дозиметрические системы для измерения дозы, а также MLC и другие устройства формирования луча. Преимущество транспортировки пучка и гентри состоит в том, что циклотрон может оставаться неподвижным, а источник излучения можно вращать вокруг пациента. Наряду с изменением ориентации лечебной кушетки, на которой находится пациент, изменение положения гентри позволяет направлять излучение практически под любым углом, что позволяет сохранить нормальную ткань и максимальную дозу облучения опухоли.

Во время лечения только пациент остается в процедурной комнате (называемой хранилищем), и терапевты будут удаленно контролировать лечение, наблюдая за пациентом с помощью видеокамер. Каждая доставка нейтронного пучка с заданной геометрией называется лечебным полем или пучком. Лечение планируется таким образом, чтобы излучение было максимально эффективным, и обычно в результате получаются поля, соответствующие форме общей цели, с любым расширением, чтобы охватить микроскопическое заболевание.

Онкологический центр Карманоса / Государственный университет Уэйна [ править ]

Установка нейтронной терапии в Центре радиационной онкологии Гершенсона онкологического центра Карманоса / Государственного университета Уэйна (KCC / WSU) в Детройте имеет некоторое сходство с CNTS в Вашингтонском университете, но также имеет много уникальных характеристик. Этот блок был выведен из эксплуатации в 2011 году.

MLC на циклотроне KCC / WSU

  • Схема MLC

  • Фотография MLC

  • Схема сверхпроводящего циклотрона на портале KCC / WSU

В то время как CNTS ускоряет протоны, установка KCC создает пучок нейтронов, ускоряя дейтроны с энергией 48,5 МэВ на бериллиевой мишени. Этот метод создает нейтронный пучок с характеристиками дозы по глубине, примерно такими же, как у фотонного пучка 4 МВ. Дейтроны ускоряются с помощью сверхпроводящего циклотрона, установленного на гентри (GMSCC), что устраняет необходимость в дополнительных магнитах управления пучком и позволяет источнику нейтронов вращаться на 360 ° вокруг кушетки пациента.

Установка KCC также оснащена устройством формирования пучка MLC [34], единственным другим центром нейтронной терапии в США, помимо CNTS. MLC на объекте KCC был дополнен программным обеспечением для планирования лечения, которое позволяет реализовать нейтронную лучевую терапию с модулированной интенсивностью (IMNRT), недавний прогресс в нейтронно-лучевой терапии, который позволяет получать большую дозу облучения на целевой участок опухоли, чем 3-D нейтронная. терапия. [35]

KCC / WSU имеет больше, чем кто-либо в мире, опыт использования нейтронной терапии рака простаты, пролечив почти 1000 пациентов за последние 10 лет.

Фермилаб / Университет Северного Иллинойса [ править ]

Центр нейтронной терапии « Фермилаб» впервые лечил пациентов в 1976 году [36], и с тех пор пролечил более 3000 пациентов. В 2004 году центром стал Университет Северного Иллинойса. Нейтроны, производимые линейным ускорителем в Фермилабе, имеют самые высокие энергии, доступные в США, и одни из самых высоких в мире [37] [38] [39]

См. Также [ править ]

  • Борная нейтронно-захватная терапия

Ссылки [ править ]

  1. ^ Keyhandokht Шахри, Laleh Motavalli, и Ашем Hakimabad "Нейтронные применения в лечении рака" Hellenic Журнал ядерной медицины14: 2 (май-август 2011)
  2. ↑ Feng-Yi Yang, Wen-Yuan Chang, Jia-Je Li, Hsin-Ell Wang, Jyh-Cheng Chen и Chi-Wei Chang. «Фармакокинетический анализ и поглощение 18F-FBPA-Fr после ультразвукового исследования крови и мозга. Нарушение барьера для потенциального увеличения доставки бора для терапии с захватом нейтронов "Journal of Nuclear Medicine 55: 616–621 (2014)
  3. ^ Джонс ХЭ и Каннингем-младший. Физика радиологии. Чарльз Томас 3-е издание 1978 г.
  4. ^ Гудселл Д.С. Основы онкологической медицины. Молекулярная перспектива: двухцепочечная ДНК разрывает онколог, Vol. 10, № 5, 361–362, май 2005 г.
  5. ^ Kubota N, Suzuki M, Furusawa Y, Ando K, Koike S, Kanai T, Yatagai F, Ohmura M, Tatsuzaki H, Matsubara S и др. Сравнение биологических эффектов модулированных ионов углерода и быстрых нейтронов в клетках остеосаркомы человека. Международный журнал радиационной онкологии * Биология * Физика, том 33, выпуск 1, 30 августа 1995 г., страницы 135–141
  6. ^ Немецкий центр исследования рака
  7. ^ Pignol JP, Slabbert J и Binns P. Моделирование спектров быстрых нейтронов методом Монте-Карло: оценка средней линейной энергии с функцией эффективности и корреляцией с ОБЭ. Международный журнал радиационной онкологии * Биология * Физика, том 49, выпуск 1, 1 января 2001 г., страницы 251–260
  8. ^ Theron T, Slabbert J, Serafin A и Böhm L. Достоинства кинетических параметров клеток для оценки собственной клеточной радиочувствительности к фотонам и нейтронному облучению с высокой линейной передачей энергии. Международный журнал радиационной онкологии * Биология * Физика, том 37, выпуск 2, 15 января 1997 г., страницы 423–428
  9. ^ Ваупель П., Харрисон Л. Гипоксия опухоли: причинные факторы, компенсаторные механизмы и клеточный ответ. Онколог 2004; 9 (приложение 5): 4–9
  10. ^ Вамберси А., Ричард Ф, Брето Н. Развитие терапии быстрыми нейтронами во всем мире. Радиобиологические, клинические и технические аспекты. Acta Oncol. 1994; 33 (3): 261-74.
  11. ^ Варениус Х.М., Уайт Р., Пикок Дж. Х., Хэнсон Дж., Ричард А. Бриттен, Мюррей Д. Влияние гипоксии на относительную чувствительность опухолевых клеток человека к быстрым нейтронам 62,5 МэВ (p? Be) и фотонам 4 МэВ. Радиационные исследования 154, 54–63 (2000)
  12. ^ Рассел К.Дж., Каплан Р.Дж., Ларамор Г.Э. и др. Фотонная радиотерапия по сравнению с дистанционной лучевой терапией на быстрых нейтронах в лечении местнораспространенного рака простаты: результаты рандомизированного проспективного исследования. Международный журнал радиационной онкологии, биологии, физики 28 (1): 47–54, 1993.
  13. ^ Haraf DJ, Рубин SJ, Sweeney P, Kuchnir FT, Sutton HG, Чодак GW и Weichselbaum RR. Фотонно-нейтронная смешанная лучевая терапия местнораспространенного рака простаты. Международный журнал радиационной онкологии * Биология * Физика, том 33, выпуск 1, 30 августа 1995 г., страницы 3–14
  14. ↑ Forman J, Ben-Josef E, Bolton SE, Prokop S и Tekyi-Mensah S. Рандомизированное проспективное исследование последовательного нейтронно-фотонного и фотонно-нейтронного облучения при раке простаты, ограниченном органом. Международный журнал радиационной онкологии * Биология * Физика, том 54, выпуск 2, приложение 1, 1 октября 2002 г., страницы 10–11
  15. ^ Дуглас JD, Ко WJ, Остин-Seymour, M, Laramore GE. Лечение новообразований слюнных желез с помощью лучевой терапии быстрыми нейтронами. Хирургия головы и шеи Arch Otolaryngol Том 129 944–948, сентябрь 2003 г.
  16. ^ Laramore GE, Krall JM, Гриффин TW, Дункан W, Рихтер MP, Saroja KR, Maor MH, Дэвис LW. Нейтронное и фотонное облучение для неоперабельных опухолей слюнных желез: окончательный отчет рандомизированного клинического исследования RTOG-MRC. Int J Radiat Oncol Biol Phys. 1993 30 сентября; 27 (2): 235-40.
  17. ^ Laramore GE. Лучевая терапия быстрыми нейтронами при неоперабельных опухолях слюнных желез: лечение выбора? Int J Radiat Oncol Biol Phys. 1987 сентябрь; 13 (9): 1421-3.
  18. ^ Prott FJ, Micke O, Pötter R, Haverkamp U, Schüller P и Willich N. 2137 Результаты терапии быстрыми нейтронами аденоидно-кистозного рака слюнных желез. Международный журнал радиационной онкологии * Биология * Физика, том 39, выпуск 2, приложение 1, 1997 г., стр. 309
  19. ^ Сароджа К.Р., Мэнселл Дж., Хендриксон Ф.Р. и др.: Обновленная информация о злокачественных опухолях слюнных желез, леченных нейтронами в Фермилаб. Int J Radiat Oncol Biol Phys 13 (9): 1319–25, 1987.
  20. ^ Бухгольц Т.А., Ларамор Г.Е., Гриффин Б.Р. и др.: Роль лучевой терапии быстрыми нейтронами в лечении распространенных злокачественных новообразований слюнных желез. Рак 69 (11): 2779–88, 1992.
  21. ^ Krüll A, Schwarz R, Engenhart R, et al .: Европейские результаты нейтронной терапии злокачественных опухолей слюнных желез. Bull Cancer Radiother 83 (Suppl): 125-9s, 1996 г.
  22. ^ См. Также страницу NCI, посвященную раку слюны.
  23. ^ Adenoid кистозной карцинома Neutron Лучевая терапия архивация 25 сентября 2006, в Wayback Machine
  24. ^ Дуглас Дж. Г., Ларамор Дж. Э., Остин-Сеймур М., Ко В. Дж., Линдсли К. Л., Чо П. и Гриффин Т. В.. Нейтронная лучевая терапия аденоидно-кистозного рака малых слюнных желез. Международный журнал радиационной онкологии * Биология * Физика, том 36, выпуск 1, 1 августа 1996 г., страницы 87–93
  25. ^ MacDougall RH, Orr JA, Kerr GR и Duncan W. Лечение плоскоклеточной карциномой головы и шеи быстрыми нейтронами: окончательный отчет Эдинбургского рандомизированного исследования. BMJ. 1 декабря 1990 г .; 301 (6763): 1241–1242.
  26. ^ Asgarali S, Errington RD, Jones AS. Лечение рецидивов злокачественных новообразований головы и шеи после терапии быстрыми нейтронами. Clin Otolaryngol Allied Sci. 1996 июн; 21 (3): 274-7.
  27. ^ KJ Stelzer, KL Линдслей, PS Cho, GE Laramore и TW Гриффин. Радиотерапия быстрыми нейтронами: опыт Вашингтонского университета и возможное использование сопутствующего усиления с захватом бор-нейтронов. Дозиметрия радиационной защиты 70: 471–475 (1997)
  28. ^ Нейтронная терапия сага: поучительная история - MedicalPhysicsWeb
  29. ^ Brahme A, Eenmaa J, Lindback S, Montelius A, Wootton P. Характеристики нейтронного пучка от протонов с энергией 50 МэВ на бериллии с использованием бесступенчатого многолепесткового коллиматора. Радиотренажер Oncol. 1983 август; 1 (1): 65–76.
  30. ^ Фарр JB. Компактный многолепестковый коллиматор для традиционной и модулированной по интенсивности терапии быстрыми нейтронами Медицинская физика, апрель 2004 г. Том 31, выпуск 4, с. 951
  31. ^ Фарр Дж. Б., Моган Р. Л., Юделев М., Блоссер Э, Брэндон Дж., Хорсте Т. Компактный многолепестковый коллиматор для конформной и модулированной по интенсивности терапии быстрыми нейтронами: электромеханический дизайн и проверка Медицинская физика - сентябрь 2006 г. - том 33, выпуск 9, стр. 3313– 3320
  32. ^ Отделение радиационной онкологии Вашингтонского университета (UW)
  33. ^ Клиническая Neutron Therapy System (НКТС) архивации 20 июля 2011, в Wayback Machine
  34. ^ Фарр, JB, RL Maughan, et al. (2007). «Радиологическое подтверждение многолистового коллиматора на быстрых нейтронах». Med Phys 34 (9): 3475–3484.
  35. ^ Сантанам, Л., Т. Он и др. (2007). «Нейтронная лучевая терапия с модулированной интенсивностью для лечения аденокарциномы простаты». Int J Radiat Oncol Biol Phys 68 (5): 1546–1556.
  36. Перейти ↑ Cohen L and Lennox A. Midwest Institute for Neutron Therapy at Fermilab. Международный журнал радиационной онкологии * Биология * Физика, том 34, выпуск 1, 1 января 1996 г., стр. 269
  37. ^ Возрождение уникального и проверенного метода лечения рака - нейтронной терапии.
  38. ^ «О нас» . НИУ Институт нейтронной терапии. Архивировано из оригинала 20 декабря 2008 года . Проверено 24 апреля 2010 года .
  39. ^ "Нейтроны против рака" (PDF) . НИУ Институт нейтронной терапии. Архивировано из оригинального (PDF) 4 ноября 2009 года . Проверено 24 апреля 2010 года .

Внешние ссылки [ править ]

  • Обзор нейтронной терапии FermiLab