Un giorno, i sistemi specializzati potrebbero barrare i malati di cancro con particelle per fornire un ciclo completo di radioterapia in soli microsecondi, secondo una nuova ricerca.
Utilizzando una tecnica emergente nota come radioterapia flash, i medici potrebbero sradicare i tumori in una frazione del tempo e ad una frazione del costo della radioterapia tradizionale, almeno in teoria. Fino ad ora, la tecnica alla velocità della luce non ha affrontato studi clinici formali su pazienti umani, sebbene un uomo abbia ricevuto il trattamento sperimentale, i ricercatori hanno riportato nell'ottobre 2019 sulla rivista Radioterapia e oncologia. Ora, un nuovo studio sul topo, pubblicato il 9 gennaio sull'International Journal of Radiation Oncology, Biology and Physics, ha ulteriormente dimostrato la promessa di questa terapia per il cancro.
"Ha lo stesso tasso di controllo del tumore ma significativamente meno effetto sui tessuti normali", ha detto il co-autore dello studio Dr. Keith Cengel, professore associato di oncologia delle radiazioni presso l'Ospedale dell'Università della Pennsylvania.
In altre parole, la tecnica flash sembra uccidere le cellule tumorali risparmiando tessuti sani. La tecnica funziona bombardando il sito del tumore con un flusso costante di particelle, generalmente particelle leggere, chiamate fotoni o elettroni carichi negativamente. Ora, Cengel e i suoi colleghi hanno gettato un'altra particella nel mix: il protone caricato positivamente.
"È unico nel senso che ... non è mai stato fatto", ha detto Marie-Catherine Vozenin, responsabile del laboratorio di radioterapia oncologica dell'Ospedale universitario di Losanna in Svizzera, che non è stata coinvolta nello studio. Questo non vuol dire che distribuire protoni per combattere le cellule tumorali sia necessariamente una strategia migliore rispetto all'utilizzo di fotoni o elettroni, ha aggiunto. "Tutte queste diverse strategie hanno alcuni pro e contro".
Detto questo, ogni particella può essere adatta in modo univoco a colpire determinati tipi di tumore in punti specifici del corpo, il che significa che i protoni possono offrire la migliore opzione di trattamento per alcuni pazienti, ha detto Cengel.
Il tempismo è la chiave
Il nome "flash" si riferisce semplicemente alla velocità ultraveloce con cui la tecnica eroga radiazioni ai tessuti bersaglio. Il flash fa esplodere le cellule con la stessa quantità totale di radiazioni delle terapie esistenti, ma piuttosto che somministrare la dose per più settimane in sessioni di pochi minuti, l'intero trattamento dura solo i decimi di secondo, ha detto Vozenin.
"Se possiamo andare al centesimo di secondo, va ancora meglio", ha aggiunto.
La velocità fa la differenza. Nella radioterapia convenzionale, un paziente può sottoporsi a dozzine di sessioni di trattamento, durante le quali i tessuti sani possono essere danneggiati molto prima che le cellule tumorali muoiano. Ma quando la stessa dose di radiazione viene erogata a una velocità maggiore, come nel caso del flash, i tessuti sani rimangono incolumi. Il motivo esatto per cui ciò accade rimane un mistero.
"Questa è la domanda da un milione di dollari ... stiamo lavorando sodo per cercare di capirlo", ha detto Vozenin. La ricerca suggerisce che l'esplosione fugace delle radiazioni può causare un calo dei livelli di ossigeno nei tessuti sani, che in genere contengono molto più ossigeno rispetto alle cellule cancerose. I tumori resistono alla radioterapia tradizionale grazie in parte alla loro mancanza di ossigeno, quindi l'effetto temporaneo provocato dal flash potrebbe rafforzare le cellule sane contro i danni, oltre a ridurre la produzione di radicali liberi dannosi, secondo un rapporto del 2019 sulla rivista Clinical Oncology.
Ma questa evidenza non spiega perché le cellule tumorali reagiscono in modo diverso rispetto alle cellule sane al trattamento; sono probabilmente in gioco più meccanismi, ha detto Vozenin.
Indipendentemente dal motivo per cui funziona, la radiazione flash sembra promettente in studi preliminari, sebbene la tecnica abbia dei limiti. I fotoni possono essere usati per colpire i tumori in tutto il corpo, ma le macchine che sparano le particelle non possono ancora sparare abbastanza velocemente da raggiungere la dose necessaria. Gli elettroni ad alta energia possono penetrare nei tessuti per raggiungere tumori profondi ma sono tecnologicamente difficili da generare. Gli elettroni a bassa energia offrono un'altra opzione, ma questi possono perforare solo circa 5 cm di polpa, ha detto Cengel.
Mentre gli elettroni a bassa energia possono prendersi cura dei tumori superficiali, Cengel e i suoi colleghi hanno teorizzato che i protoni potrebbero essere più adatti per colpire le cellule tumorali situate più in profondità nel corpo. Per testare la loro idea, hanno dovuto costruire gli strumenti giusti per il lavoro.
Metti alla prova
Il team ha utilizzato un acceleratore di protoni esistente, noto come ciclotrone, per eseguire gli esperimenti, ma ha apportato una serie di modifiche. Il trucco era aumentare la velocità con cui i protoni potevano essere lanciati dalla macchina, sviluppando allo stesso tempo strategie per monitorare dove i protoni erano atterrati e in quale quantità. Con questa infrastruttura in atto, il team potrebbe controllare meglio la corrente dei protoni che fluiscono dal ciclotrone, "un po 'come un rubinetto che è possibile attivare a tutta velocità o gocciolare", ha detto Cengel.
Il team ha quindi puntato il suo ciclotrone sui topi modello. I tumori indotti sono cresciuti nei pancreas degli animali e lungo l'intestino superiore, quindi i ricercatori hanno inviato un singolo impulso di radiazione attraverso le cavità addominali dei roditori. Il lampo è durato tra 100 e 200 millisecondi e allineando molte travi di protoni una accanto all'altra, come spaghetti crudi in un tubo stretto, la squadra ha colpito l'intera cavità addominale in un colpo solo.
Come previsto, il trattamento ha ostacolato la crescita del tumore e le cicatrici dei tessuti che di solito derivano dal cancro, lasciando intatto il tessuto sano vicino. "Questa è la prima prova inconfutabile di un effetto" flash "in vivo con l'intestino tenue come bersaglio usando protoni invece di fotoni o ... elettroni", Vincent Favaudon, direttore della ricerca presso l'Istituto Curie di Parigi che non era coinvolto nel studio, ha detto a Live Science in una e-mail.
Mentre ha avuto successo, lo studio è stato condotto su topi "e in piccoli volumi, il che non è il caso nei pazienti", ha detto Vozenin. In altre parole, nella sua forma attuale, la tecnica del flash protonico può trattare solo una piccola area di tessuto alla volta. La tecnica dovrà essere notevolmente ingrandita prima di essere pronta per essere testata su animali più grandi e, alla fine, sull'uomo, ha detto.
"Il limite principale risiede nel dosaggio", ha aggiunto Favaudon. La ricerca suggerisce che i tessuti sani iniziano a subire danni se esposti a radiazioni flash per oltre 100 millisecondi, ha detto. "Consegnare la dose in un impulso di un singolo microsecondo è sempre meglio. Quindi, la sfida è aumentare la velocità della dose di un fattore da due a cinque o anche di più."
Cengel e i suoi colleghi hanno in programma di continuare a ottimizzare i loro strumenti e tecniche mentre lavorano per determinare quale rateo di dose offre il massimo beneficio terapeutico. In questo modo, il team avrebbe eseguito una specie di sperimentazione clinica ma con animali come soggetti iniziali. Nel frattempo, Vozenin e i suoi colleghi lanceranno presto i primi studi clinici su pazienti umani al fine di testare le proprie tecniche flash. Usando elettroni a bassa energia, mirano a trattare i tumori superficiali, come quelli osservati nei tumori della pelle.
"Se siamo in grado di convalidare il concetto di flash in grandi volumi e in applicazioni cliniche, probabilmente cambierà tutta la radioterapia", ha detto Vozenin. Ha detto che si aspetta che una versione della radiazione flash possa essere ampiamente disponibile per i malati di cancro entro i prossimi 10 anni. Favaudon ha affermato che i trattamenti contro i tumori della superficie, così come quelli esposti attraverso un intervento chirurgico, potrebbero essere pronti entro due anni. Le tecniche che utilizzano elettroni ad alta energia e fasci di protoni potrebbero essere pronte entro cinque o dieci anni, ha affermato.
Supponendo che il flash guidi la strada verso pazienti umani reali, la tecnica potrebbe consentire ai medici di colpire i tumori che una volta sfidavano il trattamento con le radiazioni, ha detto Cengel.
"Potremmo letteralmente trattare cose che non è possibile curare e curare le persone che non è possibile curare", ha detto. "Ovviamente, grande chicco di sale su tutto questo."
