У Пайел Бхаттачарья, писательницы из Индии, диагностировано тяжелое заболевание – синдром фон Гиппель-Линдау, или VHL. Это самая редкая опухоль головного мозга, представляющая собой генетическую форму рака. Пациенты c этим заболеванием борются с множеством различных новообразований на протяжении всей жизни. Синдром VHL может возникать в различных частях тела, образуя нейроэндокринные опухоли.

Несмотря на болезнь, Пайел Бхаттачарья продолжает работать. Она написала свой рассказ о выживании «Воин умирает, танцуя, – это про меня…». А в своем научно-популярном эссе о протонной терапии мужественный автор осмысляет историю метода и его роль в современной онкологии. «Во время распространения нового вируса давайте поговорим о новейших технологиях», – предлагает она.

Долгий путь к ускорителям в медицине

Доктор Роберт Уилсон описал базовые принципы использования протонно-лучевой терапии для лечения рака еще в 1946 году. Первые протонные установки были в основном физическими исследовательскими лабораториями, которые редко лечили больных раком. Теперь у нас есть клинические протонные центры, специально предназначенные для терапии онкологических пациентов.

Путь к ним начался с того, что Вильгельм Конрад Рентген открыл рентгеновские лучи с помощью электронно-лучевой трубки (ЭЛТ) в 1895 году. Затем Антуан Анри Беккерель обнаружил радиоактивность в 1896 году с помощью фотографической пластинки и урановых солей фосфоресцирующих материалов. За этим последовала первая идентификация электронов с помощью ЭЛТ в 1897 году сэром Дж. Дж. Томсоном. Два года спустя, в 1899 году, Эрнест Резерфорд обнаружил α-частицы в излучении, испускаемом солями урана. После чего в 1909 году Гейгер и Марсден установили, что α-частица отклоняется на угол более 90 ° при столкновении с золотой фольгой. В следующем году Гейгер показал, что максимально возможное отклонение частицы, проходящей через тонкую золотую фольгу, составляет менее 1 °. Было очень трудно понять, что большой угол отклонения α-частиц был результатом суммы нескольких небольших отклонений.

В том же году сэр Дж. Дж. Томсон выдвинул теорию, объясняющую это странное поведение α-частиц. Его модель атомной структуры предполагала, что атом состоит из ряда отрицательных зарядов, сопровождаемых равным числом положительных зарядов, равномерно распределенных в сфере. Он выдвинул гипотезу, что больших отклонений не было бы без положительно и однородно заряженной сферы размером намного меньше самого атома. Основываясь на результатах экспериментов и на теоретических знаниях, Эрнест Резерфорд предложил простую модель атомной структуры, способную объяснить феномен большого отклонения. Согласно его модели, атом содержит отрицательные заряды, равномерно распределенные в сфере, окружающей положительные заряды в его центральной точке. Он установил, что большое отклонение должно было быть вызвано единичным столкновением. Эта идея успешно объясняла, почему α-частицы имеют большие отклонения при прохождении через тонкую золотую фольгу.

Эксперимент Резерфорда по рассеянию α-частиц привел к открытию атомного ядра в 1911 году. В том же году ученый опубликовал новую модель, показывающую, что атом состоит из электронов, вращающихся вокруг очень маленького ядра, в котором сосредоточена большая часть атомной массы и заряда. Ему потребовалось еще восемь лет, чтобы разгадать детальную структуру атомного ядра.

Резерфорд стал первым ученым, предложившим разработку ускорителя элементарных частиц для того, чтобы сделать возможным дальнейшие исследования атомного ядра. Это было началом исследований в области ядерной физики и физики высоких энергий, которые спустя годы приведут к применению ускорителей частиц в медицине.

Необычные способности протонов

Избыток радиации убивает здоровые ткани. Другими словами, положительные эффекты лучевой терапии проявляются от доставки смертельной дозы радиации в область злокачественной опухоли, а вредные эффекты – от случайного облучения здоровой ткани при попытке воздействовать на опухоль.

Ученые заставили электроны бить по вольфрамовой мишени в головной части ускорителя для того, чтобы создать пучок фотонов (или рентгеновских лучей). Эти лучи затем направляются в область локализации рака. Фотоны не имеют заряда или массы и могут рассматриваться как небольшие сгустки энергии. Проходя через тело человека, они передают свой заряд по всему пути следования. Таким образом, пучок рентгеновских лучей облучает не только пораженную область, но и здоровые ткани, с которыми сталкивается на пути к опухоли и за ее пределами. Рентгеновские лучи, используемые для лечения рака, обычно не останавливаются внутри тела, проходя его насквозь. В отличие от этого, протонно-лучевая терапия осуществляется с помощью более крупных и дорогих ускорителей, называемых циклотронами и синхротронами.

Стандартная радиационная терапия развивалась и совершенствовалась в течение многих лет и сейчас эффективно применяется для борьбы со многими видами рака. Однако, поскольку рентгеновские лучи состоят из первичных фотонов и вторичных электронов, они выделяют свою энергию вдоль траектории пучка к целевой опухоли и за ее пределами, облучая здоровые ткани. Эта «сквозная доза» излучения позже может вызывать проблемы со здоровьем позже.

Пучки протонов высокой энергии с такими характеристиками, как глубокое проникновение, малое рассеяние и эффект пика Брэгга, привлекли внимание врачей. Благодаря особенностям протонов стало возможным доставлять дозу излучения в заданные области тела.

Преимущество протонной терапии (также называемой протонно-лучевой терапией) заключается в том, что врач может контролировать место выделения протонами основной части энергии, предназначенной для уничтожения раковых клеток. При движении протонов по телу они замедляются, вступают во взаимодействие с электронами и выделяют энергию. Точка, где происходит наибольшее выброс энергии, называется «пик Брэгга». Врач может задать местоположение пика Брэгга, который нанесет опухолевым клеткам наибольший ущерб. Пучок протонов действует в соответствии с формой и глубиной опухоли, не затрагивая при этом здоровые ткани и органы.

По сравнению с рентгеновскими лучами, протонная лучевая терапия может повысить вероятность излечения от болезни за счет увеличения дозы, доставляемой к опухоли, и одновременно с этим снизить побочные эффекты за счет уменьшения дозы, попадающей на окружающие здоровые ткани.

Доставка излучения к мишени, расположенной на заданной глубине от поверхности кожи, осуществляется с помощью множества мини-лучей, расположенных в пространстве таким образом, чтобы не вредить тканям на всем пути – от поверхности кожи до проксимального целевого объема. Затем, сливаясь в направленный пучок с проксимальной стороны новообразования, протоны доставляют всю дозу точно в цель. Точно рассчитанное расстояние между параллельными мини-лучами позволяет им слиться в единый луч с заданной энергией пучка по всему диапазону энергий для получения пика Брэгга на проксимальной стороне целевого объема.

Лучшие радиотерапия для мозга

Мозг – пожалуй, та часть человеческого тела, где протонно-лучевая терапия обладает наиболее очевидными преимуществами по сравнению с фотонной. Паренхима головного мозга, ствол головного мозга, зрительные структуры и гипоталамо-гипофизарная ось являются примерами нормальных тканей, которые чувствительны к вредному воздействию облучения. Хотя гемангиобластомы ЦНС часто развиваются у пациентов с синдромом-VHL (болезнь фон Гиппеля-Линдау), супратенториальные и ретробульбарные гемангиобластомы, в частности, встречаются редко. В одном исследовании, в котором приняли участие 160 пациентов с синдромом-VHL и с поражением ЦНС, прошедшие обследование в Национальном Институте Здравоохранения (NIH) с помощью магнитно-резонансной томографии (МРТ), было выявлено 655 гемангиобластом, из которых 250 – в мозжечке, 64 – в стволе мозга, 331 – в спинном мозге и только 10 в супратенториальной области. В отдельных медицинских отчетах также были описаны ретробульбарные гемангиобластомы зрительного нерва вдоль интраорбитального зрительного нерва, интраканаликулярного зрительного нерва, внутричерепного прехиазмального зрительного нерва и хиазмы зрительных нервов. Поражения хиазмы могут проявляться в виде битемпоральной гемианопсии.

Сообщалось, что эти опухоли поражают и разрушают ткань зрительного нерва. У пациентов может наступить слепота, могут появиться дефекты поля зрения, экзофтальм, бледность диска зрительного нерва и наступить ухудшение цветового зрения. Во время операции опухоли выглядят как сплошная желтая, красная или красновато-коричневая масса. Характерно то, что опухоль возникает не из твердой оболочки зрительного нерва. Было обнаружено, что ранее удаленные поражения не имеют капсулы и не прикреплены к твердой оболочке. В NIH более 300 пациентов с синдромом-VHL регулярно наблюдаются в Национальном Глазном Институте (NEI) и отделении хирургической неврологии для того, чтобы понять природу этого генетического заболевания. Это сотрудничество привело к выявлению 9 случаев гемангиобластом, поражающих передний зрительный путь (уровень распространенности 3%).

«Таким образом, только протонно-лучевая терапия может помочь мне с моими бесчисленными лептоменингеальными гемангиобластомами», – заключает автор.

Источник

12.02.2021