Ядерная физика на службе у онкологов уже не одно десятилетие — лучевую терапию применяют и совершенствуют уже более 100 лет. С появлением ионной и протонной терапии удары по злокачественным новообразованиям стали более высокоточными благодаря воздействию пучков ускоренных частиц на ДНК больных клеток, что приводит к их разрушению. Применение высокой энергии дает возможность облучать малейшие очаги патологии и не затрагивать области, близкие к радиочувствительным органам.
Авторы нового исследования, опубликованного в журнале Nature Physics, отметили, что корпускулярная терапия, или терапия заряженными частицами, при биологических преимуществах перед традиционным использованием рентгеновских лучей имеет недостаток. Ионный или протонный пучок, в отличие от фотонного, при доставке дозы облучения останавливается в определенной точке в тканях, где и высвобождает энергию, не выходя за пределы опухоли. Это называется пиком Брэгга. Но в процессе «пробега» пучок может немного расходиться, и этот разброс энергии бывает сложно контролировать.
Ученые из Германии и Италии провели эксперимент, используя для терапии вместо стабильных пучков пучки радиоактивных ионов углерода-11. Они лучше поддаются позитронно-эмиссионной томографии, уменьшают сдвиг между пиками активности энергии и дозы, а также снижают размытость изображения при уничтожении зараженных клеток с помощью короткоживущих изотопов. Сужение области опухолевой «цели» минимизирует воздействие на окружающие здоровые ткани.
Исследователи имплантировали в шею 11—12-недельным самкам лабораторных мышей модели трансплантата остеосаркомы — очень радиорезистентной, а потому идеально подходящей для лечения ускоренными ионами, опухоли. Животных распределили на пять групп: получивших в области шеи дозу облучения в 20 грей (17 животных, за которыми наблюдали в течение шести месяцев после терапии); получивших дозу в 20 и пять грей (восемь и семь животных соответственно, наблюдение — в течение четырех недель); ложнооблученных с опухолью (27 животных, наблюдение — в течение четырех недель); без опухоли (восемь животных, наблюдение — в течение шести месяцев).
Опухоль располагалась так близко к спинному мозгу, что отклонения даже на несколько миллиметров в диапазоне пучка могли привести к непреднамеренному распределению дозы в позвоночнике и радиационно-индуцированной миелопатии — повреждению спинного мозга.
Ученые достигли полного контроля роста опухоли при максимальной дозе 20 грей, избежав при этом паралича. Кроме того, терапия задержала разрастание остеосаркомы при облучении в пять грей с признаками рецидива через две недели. Таким образом, терапия оказалась осуществима, безопасна и эффективна, что открывает перспективы для клинического применения заряженных ионных пучков.