Zvýšení efektivity protonové terapie poprvé experimentálně prokázáno: Proton-borová záchytná terapie (Proton Boron Capture Therapy)

Experimentální technika nazývaná PBCT (Proton Boron Capture Therapy – proton-borová záchytná terapie) používá molekuly obsahující jádra boru ¹¹B, která mohou proniknout do nádoru nacházejícího se hluboko v tkáni. Buňky nádorů mají zvýšený metabolismus oproti normálním buňkám, a proto intenzívně vstřebávají například borem dopovanou glukosu. Tato jádra boru mohou být poté ostřelována protonovým svazkem typicky používaným v hadronové terapii. Následkem interakce jednoho protonu s jedním jádrem bóru ¹¹B jsou generovány tři částice alfa s nízkou energií (kolem 4 MeV). Ty se nakonec zastaví v nádoru, kde uvolní celou svou energii v jediné nádorové buňce. Makroskopickým efektem této interakce je zvýšení biologického poškození nádorové tkáně ve srovnání s poškozením způsobeným pouze protony. Nespotřebovaný bor je z těla vyloučen a není toxický.

„Tento výsledek je vědecky a klinicky velmi zajímavý, neboť by mohl rozšířit a vylepšit současné procedury hadronové terapie. Může mít také významný sociální dopad,“ zdůraznil Pablo Cirrone, lékařský fyzik v LNS, „vědecká spolupráce s ELI Beamlines začala před několika lety projektem ELIMED.“

„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 v ELI Beamlines a dodává: „Naše těsná vědecká spolupráce s INFN, UoN a FBK nám umožnila v LNS v Katánii lékařský výzkum pomocí konvenčních urychlovačů částic. Tato spolupráce byla klíčem k dosažení zajímavého vědeckého výsledku.“

Popis

Schématické znázornění konvenční radioterapie pomocí protonových svazků s nižším dlouhodobým efektem (long-term effect, LTE – 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 LTE produkovaná fúzí protonů s borem v koncových bodech dráhy protonu způsobuje daleko větší poškození DNA. To vede 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 (na horním okraji obrázku) znázorňuje nezbytnou intenzitu protonového svazku.

Inovativní metoda PBCT zvyšuje relativní biologickou účinnost protonové terapie a zároveň zachovává unikátní fyzikální vlastnosti urychlených protonů a tudíž připravuje prostor pro léčbu radio-rezistentních nádorů, 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 na UoN.

„Medicínské aplikace vysoko výkonových laserů jsou pro výzkum na ELI Beamlines důležité. To dokazuje i společný projekt s laboratoří INFN nazvaný ELIMED a také podání žádosti o národní mezioborový grant s pražským Protonovým centrem. Zde bude probíhat i další výzkum proton-borové terapie,“ zdůrazňuje Georg Korn, vedoucí výzkumných programů na ELI Beamlines.

[1] G.A.P. Cirrone, L. Manti, D. Margarone et al., “First experimental proof of Proton Boron Capture Therapy (PBCT) to enhance protontherapy effectiveness” Scientific Reports 8 (2018) 1141, https://www.nature.com/articles/s41598-018-19258-5