Terapia Hadron este o metoda de radioterapie pentru tratamentul cancerului . Face posibilă tratarea cancerelor radiorezistente , inoperabile în stadiul dezvoltării locoregionale . Radioterapia convențională utilizează în principal razele X, în timp ce hadroterapia beneficiază de avantajele unui fascicul de particule: hadroni , în special protoni ( terapia cu protoni ) și ioni de carbon ( carboterapie ). Scopul acestei tehnici inovatoare este de a îmbunătăți iradierea celulelor tumorale, economisind în același timp țesuturi și organe sănătoase.
Descoperirea razelor X , care a câștigat primul premiu Nobel pentru fizică pentru germanul Wilhelm Röntgen în 1895, a deschis calea fizicii medicale moderne, oferind tehnici de imagistică. Un an mai târziu, fizicianul francez Henri Becquerel scoate în evidență existența radiațiilor gamma. La acea vreme, efectele acestei radiații asupra sănătății erau foarte puțin înțelese, dar aplicațiile pentru tratamentul cancerului erau prevăzute de un medic francez, Victor Despeignes , care a tratat pentru prima dată în 1896 un pacient care suferea de cancer de stomac de către Raze X. A luat naștere așa-numita radioterapie convențională.
Ulterior, s-a dezvoltat datorită muncii lui Marie Curie, care a descoperit două surse radioactive intense, radiu și poloniu . Aceste surse permit obținerea razelor X și gamma mai intense, făcând posibilă crearea unor tehnici de radioterapie mai eficiente. Tot prin inițiativa sa și a profesorului Émile Roux , Institutul Radium a fost creat în 1914 prin reunirea laboratorului de fizică și chimie, în regia lui Marie Curie , și a laboratorului Pasteur, specializat în radioterapie și regia Claudius Regaud , medic considerat a fi unul dintre primii radioterapeuti.
În același timp, fizicianul englez William Henry Bragg a demonstrat în 1903 o curbă reprezentând evoluția pierderii de energie a particulelor alfa în timpul călătoriei lor prin materie. Această curbă este cunoscută astăzi sub numele de vârf Bragg . Este utilizat pe scară largă în hadrontterapie, în special pentru simulări dozimetrice pre-terapeutice pentru a optimiza calitatea tratamentului.
Odată cu apariția primelor acceleratoare de particule din anii 1920 a apărut posibilitatea de a trata celulele canceroase cu electroni, dar și cu particule mai grele, cum ar fi protoni sau ioni mai grei. În 1946, Robert R. Wilson a fost primul care a propus utilizarea fasciculelor de protoni pentru tratamentul cancerului și astfel, în 1954, sub conducerea fizicianului Ernest O. Lawrence , laureat al Premiului Nobel pentru fizică din 1939, și a fratelui său medic John H. Lawrence că ciclotronul de laborator Berkeley a fost utilizat pentru a trata primul pacient cu terapie cu protoni . Ideea utilizării ionilor mai grei, numiți și hadroni , a apărut rapid în mintea fizicienilor, iar în 1957, laboratorul Berkeley a folosit fascicule de ioni de lumină ( heliu , neon etc.) pentru a trata pacienții, apoi fascicule de ioni de carbon din 1975 Cu toate acestea, acești pionieri ai terapiei cu hadrontterapie nu au fost urmăriți cu adevărat de cercetări mai aprofundate decât după douăzeci de ani.
Înainte de anii 2000, aproximativ douăzeci de centre și-au deschis porțile pentru terapia cu protoni și doar trei au experimentat tratamentul cu fascicul de ioni. Abia în 1994 a fost construit primul centru în întregime conceput pentru tratarea ionilor de carbon în Chiba, Japonia. HIMAC ( Heavy Ion Medical Accelerator in Chiba) este încă în funcțiune și a întâmpinat peste 7.000 de pacienți de la deschiderea sa.
Din anii 2000, peste 30 de centre de terapie cu protoni s-au deschis în întreaga lume și tratează în mod regulat oamenii. Apariția hadrontterapiei folosind ioni de carbon a devenit mai timidă din cauza complexității tehnologice. Într-adevăr, doar 6 centre au fost construite din 1995. Cu toate acestea, din 2010 și de la deschiderea centrelor dedicate total îngrijirii, tehnica hadrontterapiei a ajuns la maturitate în Japonia și se dezvoltă în Europa.
Datorită încărcării lor electrice, ionii ușori (particule numite și hadroni deoarece sunt alcătuite din neutroni și protoni) pot dobândi energie în acceleratorii de particule și pot fi ghidați în fascicule precise. Ele pot fi apoi văzute ca proiectile cu o anumită energie. La ieșirea din acceleratoare, particulele interacționează cu mediul lor datorită diferitelor tipuri de interacțiuni:
Particulele încărcate depun energie în mediul prin care trec. Această depunere a energiei pe unitate de lungime a fost descrisă de Hans Bethe , câștigătorul Premiului Nobel pentru fizică din 1967, datorită unei dezvoltări perturbative în mecanica cuantică care a dat naștere formulei lui Bethe și Bloch :
unde este raza clasică a electronului, este masa electronului, este numărul Avogadro, este energia primei ionizări, este numărul atomic al materialului absorbant, este numărul de nucleoni ai materialului absorbant, este densitatea de absorbție a materialului este sarcina particulelor incidente , este viteza particulelor incidente este viteza luminii, este energia transferului maxim într-o singură coliziune.
Cu toate acestea, vârfurile Bragg sunt mai ușor de utilizat pentru a putea avea o vizualizare mai bună a depunerii de energie într-un mediu. În timp ce curbele depunerii de energie a fotonilor și electronilor variază puțin în funcție de distanță, se observă că vârful Bragg al hadronilor formează într-adevăr un vârf adevărat, prin urmare ionii depun o cantitate mare de energie pe o distanță foarte mică înainte oprindu-se complet.
Proprietățile balistice ale ionilor ușori sunt de o importanță capitală în hadrontterapie, deoarece permit tratarea tumorii cu o precizie mai bună decât cu radioterapia convențională prin limitarea daunelor cauzate celulelor sănătoase, ceea ce implică efecte adverse mai mici pentru pacient. .
Abordarea biologicăAceastă energie, transferată de impacturile succesive ale particulelor în țesuturile țintă, provoacă excitație și ionizare a mediului, precum și daune celulelor țintă. Pentru a vorbi despre transferul de energie particule / mediu, fizicienii folosesc formula Bethe și Bloch sau vârful Bragg, în timp ce radiobiologii preferă să utilizeze transferul liniar de energie (LET), care este definit ca energia medie depusă pe unitate. Lungimea căii radiației. Există două categorii de radiații:
Particulele încărcate au un LET mai mare decât fotonii datorită depunerii mai mari de energie de-a lungul căii. Acest lucru influențează eficiența biologică relativă (RBE), atunci când crește LET și RBE crește, particulele încărcate au un efect asupra celulelor mai eficient decât fotonii X sau gamma. Cu toate acestea, RBE începe să scadă de la o valoare prag a LET (aproximativ 100 keV μm -1 ) deoarece energia este mai mare decât cea necesară pentru distrugerea celulelor. Prin urmare, nu este util să încercați să iradiați celulele cu un LET prea mare, deoarece celulele vizate mor din pragul LET și dincolo de acesta iradierea devine periculoasă pentru celulele sănătoase din jur. Pentru radiații LET mari, evenimentele care induc pierderi de energie ale particulelor (ionizări, excitații) sunt mai apropiate din punct de vedere spațial, iar distanța dintre două evenimente ajunge chiar la dimensiunea unei biomolecule, facilitând astfel deteriorarea. Energia depusă de particule determină deteriorarea ADN-ului și deteriorarea la nivel celular provocând moartea celulelor iradiate. Hadroterapia este, prin urmare, mai eficientă din punct de vedere biologic și, prin urmare, este o alegere interesantă în contextul tratamentului cancerului.
Abordarea terapeuticăExistă mai multe modalități de a trata cancerul, în special intervențiile chirurgicale , radioterapia sau chiar chimioterapia . Aceste tehnici sunt adesea complementare și sunt prescrise simultan sau succesiv în timpul tratamentului unui pacient.
În contextul anumitor tumori, hadrontterapia devine o metodă de alegere. Acesta este cazul, de exemplu, pentru tratamentul tumorilor localizate în creier atunci când intervenția chirurgicală este imposibilă. Deoarece radioterapia convențională este prea invazivă, este necesară utilizarea hadrontterapiei, care este mult mai precisă și provoacă mai puține daune celulelor sănătoase din jurul tumorii care trebuie radiate.
Necesitatea aplicării unei doze precise de radiații pentru a nu distruge mediul sănătos al organului țintă implică numeroase măsuri de precauție înainte de tratament. Imagistica medicală ( PET , CT-PET etc.) face posibilă obținerea unei imagini tridimensionale a tumorii pentru simulări pe computer pentru a determina doza optimă de radiație care trebuie administrată pacientului.
Terapia cu protoni: este utilizată în special pentru tratarea tumorilor oftalmice. De asemenea, are avantaje pentru tratarea anumitor tumori pediatrice.
Carbonethérapie : este destinat în mod special pentru tratamentul unui grup definit și limitat de tumori. Acestea sunt tumori inoperabile sau incomplet rezecabile și în special radiorezistente situate într-un context de țesuturi radiosensibile sănătoase. Aceste circumstanțe limitează eficacitatea radiotherapies convenționale, inclusiv terapia foton conformationala cu modularea terapiei de intensitate și de protoni, ca pentru tehnici avansate de radioterapie , cum ar fi arctherapy dinamic, tomotherapy sau Cyberknife , își pierd calitățile balistice imediat ce obiectivul depășește 5 la 6 cm în diametru mediu.
Principalele avantaje față de radioterapia convențională sunt:
Aceste avantaje în schimb necesită un control mai eficient al fotografierii, altfel ar deteriora celulele periferice mai grav decât s-ar fi făcut prin soluțiile convenționale. Mijloacele de control al focului sunt dezvoltate sau studiate, în special cu un proiect Gamma-camera care ar trebui să permită controlul on-line și în timp real al dozei depuse în timpul unui tratament.
Pentru a administra o doză optimă pacienților, este necesar să se stabilească un plan de tratament pentru hadrontterapie ca pentru orice altă tehnică de radioterapie. Cursul unui tratament constă din 4 etape principale care necesită intervenția unui radioterapeut, a unui fizician medical, a tehnicilor de dozimetrie și manipulatori:
Imagistica medicală este esențială pentru a defini dimensiunea și forma tumorii, aceste informații fiind utile pentru a cunoaște exact volumul care trebuie iradiat, precum și direcția pe care trebuie să o aibă fasciculul pentru a evita iradierea organelor. Cele mai utilizate tehnici de imagistică 2D și 3D sunt CT, tomografia cu emisie de pozitroni (PET) și imagistica prin rezonanță magnetică (RMN). Datorită imaginilor obținute este posibilă planificarea tratamentului.
Odată ce imaginile au fost obținute, medicul determină volumul (zona (zonele) tumorale) care trebuie tratate. Din motive tehnice și preventive, este necesar să nu se fixeze zona de iradiere la tumoarea brută, este, de asemenea, necesar să se ia în considerare mai mulți parametri, cum ar fi marginile tehnice sau țesuturile care prezintă un risc de dezvoltare a cancerului. Zonele care urmează a fi definite pentru prelucrare sunt după cum urmează:
Odată ce aceste volume au fost definite de medic, modelarea și simulările computerizate sunt efectuate de către dosimetrist sub controlul fizicianului medical. Tratamentul unei tumori necesită de obicei suprapunerea fasciculului cu incidențe diferite. Aceasta este, de asemenea, atunci când numărul de sesiuni de tratament este stabilit. La sfârșitul acestei lucrări de optimizare a distribuției dozei, se dobândește planificarea tratamentului.
Tratamentul constă în urmărirea planului de tratament. Are loc în mai multe sesiuni de 10 până la 30 de minute. La fiecare ședință, pacientul este imobilizat pe masa de tratament și apoi poziționat cu precizie folosind un sistem de imagistică. Iradierea în sine durează de obicei doar câteva minute și este complet nedureroasă. Doza administrată pacientului este controlată în timp real prin mijloace tehnice independente de aparat. Pentru majoritatea pacienților, tratamentul nu necesită spitalizare.
După tratament, pacientul este urmat de medicul oncolog care l-a tratat. Pe termen scurt, obiectivul este de a verifica dacă nu există complicații post-tratament și dacă tumora este în remisie. Pe termen mai lung, scopul este de a monitoriza starea de sănătate a pacientului.
Terapia cu protoni este utilizată în principal împotriva cancerelor apropiate de căile optice, precum și a celor localizate în gât, aproape de măduva spinării. În unele cazuri, terapia cu protoni este utilă pentru tratamentul cancerului de prostată.
Există diferite tipuri de acceleratoare de particule de uz medical, cele mai frecvente fiind acceleratoarele liniare utilizate în radioterapie. Ciclotronul este folosit în principal pentru terapia de protoni, deoarece acestea ajuta la accelerarea protonilor la un ideal de energie pentru tratarea tumorilor. Au apărut mașini noi în ultimii ani pe baza principiului sincrociclotronului echipat cu o bobină supraconductoare.
Numele de familie | Oraș | Țară |
---|---|---|
Centrul de terapie cu protoni MGH Francis H. Burr | Boston | Statele Unite |
Institutul Paul Scherrer | Villigen | elvețian |
ISL | Berlin | Germania |
Centrul de terapie cu protoni Rinecker | Munchen | Germania |
Centrul de Cercetări Medicale Proton - Universitatea din Tsukuba | Tsukuba | Japonia |
Centrul de terapie cu protoni al Institutului Curie | Orsay | Franţa |
Centrul Antoine-Lacassagne | Grozav | Franţa |
Institutul de terapie cu protoni - Universitatea din Florida | Jacksonville | Statele Unite |
Centrul de terapie cu protoni ProCure ”- Oklahoma City | Orasul Oklahoma | Statele Unite |
Centrul de terapie cu protoni Roberts | Philadelphia | Statele Unite |
Westdeutschen Protonentherapiezentrum | Essen | Germania |
Centrul de terapie cu protoni Wanjie | Zibo | China |
Institutul de terapie cu protoni de la Universitatea Hampton | Hampton | Statele Unite |
În 1937, Frédéric Joliot-Curie a lansat proiectul de construire a primului ciclotron din Franța și în anii 1950 a fost înființat laboratorul de fizică și chimie nucleară al Collège de France pe site-ul Orsay și că ciclotronul este transportat acolo. În 1958, laboratorul a dobândit un sincrociclotron, mai eficient decât ciclotronul anterior, pentru a efectua noi cercetări în domeniul fizicii nucleare. Acceleratorul a devenit apoi depășit odată cu apariția unor dispozitive noi, mai puternice, dar în anii 1980 a fost luată decizia de a recicla sincrociclotronul pentru a efectua terapia cu protoni.
CPO a fost inaugurat în 1991 cu speranța de a trata pacienții cu melanom malign al coroidei. ÎnSeptembrie 1991, efectuează primul tratament oftalmologic și Decembrie 1993centrul efectuează primul său tratament intracranian. Înnoiembrie 2005este configurat o alternanță rapidă care permite comutarea fasciculului de protoni dintr-o cameră de tratament în alta în puțin mai puțin de 2 minute. ÎnMai 2006, centrul efectuează primul tratament pediatric și este specializat în tratamentul cancerelor la copiii mici. Astăzi, sincrociclotronul utilizat la Centrul de Terapie cu Protoni Orsay (CPO) oferă o energie maximă de 230 MeV către protoni, optimizând astfel RBE necesar pentru iradierea celulelor canceroase. Centrul este dotat cu trei camere de tratament pentru a răspunde la o cerere de tratament mai rapid. Implementarea viitoare a unui braț izocentric care să permită orientarea fasciculului de protoni în jurul pacientului va face mai întâi posibilă tratarea tumorilor care anterior nu erau realizabile, dar pe lângă reducerea volumului de țesut sănătos iradiat, ceea ce va limita complicațiile post-tratament. .
De la începuturile sale până la Decembrie 2012, CPO a primit 5.949 de pacienți, dintre care 4.748 au fost tratați pentru o tumoare oculară. Este încă în funcțiune astăzi și intenționează să-și îmbunătățească structura pentru a face tratamentele și mai eficiente.
Ionii de carbon sunt utilizați special pentru tratamentul unui grup definit și limitat de tumori. Acestea sunt tumori inoperabile sau incomplet rezecabile și în special radiorezistente situate într-un context de țesuturi radiosensibile sănătoase. Aceste circumstanțe limitează eficacitatea radioterapiilor convenționale, inclusiv terapia cu fotoni cu intensitate conformațională modulată și terapia cu protoni . În ceea ce privește tehnicile avansate de terapie cu fotoni, cum ar fi arterapia dinamică, tomoterapia sau cuțitul cibernetic, acestea își pierd calitățile balistice imediat ce ținta depășește diametrul mediu de 5 până la 6 cm .
Numele de familie | Oraș | Țară | Locație | cometariu |
---|---|---|---|---|
Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung (Centrul de cercetare a ionilor grei) | Darmstadt | Germania | 49 ° 55 ′ 54,71 ″ N, 8 ° 40 ′ 46,2 ″ E | Activitatea de îngrijire transferată către HIT |
Heidelberger Ionenstrahl-Therapiezentrum (de) (HIT) | Heidelberg | Germania | 49 ° 24 ′ 58,87 ″ N, 8 ° 40 ′ 02,02 ″ E | Operațional |
Accelerator medical cu ioni grei ( HIMAC (ja) ) | Chiba | Japonia | 35 ° 38 ′ 09,84 ″ N, 140 ° 06 ′ 13,62 ″ E | Operațional |
Hyogo Ion Beam Medical Center (兵 庫 県 立 粒子 線 医療 セ ン タ ー (ja) ) | Hyogo | Japonia | 34 ° 56 ′ 48,17 ″ N, 134 ° 25 ′ 49,54 ″ E | Operațional |
Centro Nazionale di Adroterapia Oncologica | Pavia | Italia | 45 ° 11 ′ 57,61 ″ N, 9 ° 08 ′ 26,03 ″ E | Operațional |
Spațiu pentru tratamentul oncologic de ioni de lumină în cadrul european | Lyon | Franţa | 45 ° 44 ′ 20,26 ″ N, 4 ° 53 ′ 22,47 ″ E | Proiect suspendat |
Advanced Resource Center for HADrontherapy in Europe | Caen | Franţa | 49 ° 10 ′ 59 ″ N, 0 ° 22 ′ 10 ″ W | Proiect, deschiderea centrului de terapie cu protoni 2017 |
Proiectul Centrului austriac de terapie cu ioni și cancer | Wiener Neustadt | Austria | 47 ° 49 ′ N, 16 ° 14 ′ E | În construcție, deschidere în 2015 |
Centrul Medical Heavy-Ion | Gunma | Japonia | Operațional | |
Accelerator medical cu ioni grei | Tosu | Japonia | Operațional | |
Kanagawa Cancer Center (ro) | Yokohama | Japonia | În construcție, deschidere în 2015 |
Fundația CNAO ( Centro Nazionale di Adroterapia Oncologica ) a fost creată în 2001 cu scopul de a construi un sincrotron medical care va fi utilizat pentru tratamentul tumorilor cu ioni de carbon. Din 2002 până în 2004 este planificată construcția centrului și lucrările vor dura 7 ani, din 2005 până în 2012. Sincrotronul are un diametru de 25 de metri, adică un perimetru de 80 de metri. Protonii pot dobândi o energie maximă de 250 MeV, în timp ce ionii de carbon pot fi accelerați la o energie de 480 MeV. Centrul este format din trei camere de tratament, două au un fascicul orizontal, în timp ce al treilea este conectat la două ieșiri ale sincrotronului astfel încât să aibă un fascicul de particule orizontal și vertical.
Primul pacient este primit în noiembrie 2012 si in Decembrie 2012centrul va fi tratat 42 de pacienți cu tumori oculare cu protoni și 3 pacienți cu ioni de carbon. Centrul tocmai și-a deschis porțile, statisticile sunt scăzute, dar în două luni au fost deja tratați peste patruzeci de pacienți.
Rezultatele studiilor clinice pot fi rezumate prin:
În Martie 2013, un total de 108.238 de pacienți cu cancer au fost tratați cu hadrontterapie, inclusiv 2.054 cu ioni de heliu , 1.100 cu pioni, 10.746 cu ioni de carbon, 93.895 cu protoni și 433 cu alte tipuri de ioni.
Datele medicale publicate în literatura științifică raportează faza I / II , faza II studii „avansate” care evaluează eficacitatea tratamentului, studii observaționale pe termen lung și studii de cohortă. Aceste date demonstrează superioritatea a 20-25% din tratamentele cu carboterapie , cu toleranță bună la tratament, toxicitate scăzută și o rată a cancerelor induse de radiații aproape zero. În plus, japonezii încep să publice rezultate foarte promițătoare pe patologii care se încadrează sub indicații prospective, cum ar fi sarcoame uterine, carcinoame bronșice și cancere pancreatice rezecabile, pentru care rata de supraviețuire fără recidivă este de 42% la 5 ani (adică dublul celor mai bune rezultate actuale), fără efecte secundare grave observate.
Cercetarea în hadrontherapy este activă la nivel internațional. Acesta își propune să aprofundeze cunoștințele fundamentale și să dezvolte tehnologii pentru a îmbunătăți și extinde aplicațiile medicale. Subiectele cercetării sunt variate și complementare, pot fi rezumate în 4 teme principale:
Cercetările au fost efectuate la CERN pentru a putea utiliza fascicule de antiprotoni , în loc de protoni sau nuclee atomice. De această dată, energia eliberată de anihilare , între antiprotonii injectați și protonii prezenți în țintă, va distruge tumora. Această metodă ar fi mai avantajoasă decât alte terapii cu fascicul de particule, deoarece este mai puțin dăunătoare pentru țesutul sănătos. Primele rezultate sunt promițătoare, dar aplicațiile medicale nu sunt așteptate de mulți ani.
Dezvoltarea nanoparticulelor de aur pentru un tratament mai eficient al cancerului este, de asemenea, în faza de cercetare. Aceste nanoparticule amplifică daunele cauzate de radiații printr-o reacție în lanț. Acest lucru ar face posibil să se producă daune echivalente celulelor canceroase în timp ce scade doza radiativă injectată și astfel se reduc daunele suferite de celulele sănătoase.
Hadroterapia este, de asemenea, un domeniu interesant pentru aplicațiile spațiale. Odată ajunsi în spațiu, primii astronauți au văzut ocazional pâlpâiri de albastru, fără a le înțelege originea. Pacienții cu tumori apropiate de căile optice sunt, de asemenea, victime ale acestui fenomen în timpul tratamentului. Acest fenomen se dovedește a fi efectul Cerenkov . Atunci când o particulă depășește viteza pe care o poate atinge lumina în ochi, aceasta emite fotoni în principal din lungimea de undă corespunzătoare luminii albastre. Sursa particulelor este diferită în cele două cazuri, pacientul vede radiația provenind din fasciculul de particule în timp ce astronauții văd fotonii venind din razele cosmice. Reacțiile pacienților sunt o sursă interesantă pentru studiul particulelor cosmice asupra sănătății, industriile și laboratoarele spațiale sunt interesate de reacțiile pacienților post-tratament pentru a determina efectele radiațiilor asupra astronauților și a construi astfel vase blindate împotriva razelor cosmice.