Развитие на лъчетерапията от 1985 г. до наши дни: Епохата на йонизиращото лъчение

Основите на терапията с йонизиращо лъчение са поставени още през 1946 г., когато Робърт Р. Уилсън написва знаменателната публикация, в която изказва предположението, че протоните, които машините като тази на Лоурънс усилват, могат да се използват за медицински цели, както и за научни изследвания. Уилсън също така казва, че той е вдъхновен от медицинските проучвания, които Лоурънс и Стоун правят в Бъркли. В годините след края на Втората световна война високоенергийните усилватели тъкмо започват да навлизат в практиката. Уилсън заключва, че протоните предлагат най-голям диапазон за дадена енергия и поради тази причина са най-прости и практични за медицинска употреба.

Интересът на Уилсън към употребата на протони в медицината никога не го напуска. Когато е избран за първи директор на Националната усилвателна лаборатория (по-късно известна като Фермилаб), той насърчава идеята за изграждане на съоръжение за лечение с протони. През 1972 г. изследователите от лабораторията вече са готови със своето предложение.  Въпреки това физиците от Чикаго са привърженици на неутронна машина. След като Уилсън се отказва от директорския пост през 1978 г., останалите във Фермилаб, сред които и Мигел Оушалом, Доналд Янг и Филип Ливдал, продължават да вярват в протонното съоръжение.

Първата клинична употреба на протонно лъчение е осъществена в Бъркли през 1954 г. Ограниченото експериментално протонно лечение продължава няколко години, докато учените от Бъркли и най-вече Корнелиъс А. Тобайъс започват да изследват биологично подобните йони на хелия.Тобайъс е ядрен физик, който в началото на своята кариера  започва да се интересува от приложението на физиката в други научни области като биологията и медицината. Основният му интерес е насочен към ефектите от йонизиращата радиация върху живите клетки и той, подобно на Уилсън, предсказва преимуществата на терапията с йонизиращо лъчение много преди да го направят повечето радио онколози.

Протонната терапия започва да се практикува и в други физични лаборатории по света. През 1957 г. в Упсала, Швеция, учени за втори път използват експериментален физичен усилвател за протонна терапия. Физиците в Болницата по обща медицина в Масачузетс, водени от неврохирурга Реймънд Киелберг, започват да използват протони през 1961 г. по време на неврологични радиооперации; през 1963 г. за първи път се прилага подобно лечение на аденоми на хипофизата в Харвард, последвана от фракционирана протонна терапия за други злокачествени тумори през 1973 г. под ръководството на Херман Д. Сют. През 1967 г. в Дубна, Русия, също започва да се прилага протонната терапия. По-късно други подобни руски съоръжения започват работа в Москва (1969 г.) и Санкт Петербург (1975 г.). Японските експерименти стартират през 1979 г. в Чиба; друго съоръжение е отворено в Цукуба през 1983 г. А в Швейцарския Институт за ядрени изследвания (днес Института пол Шерер) протонната терапия започва да се употребява през 1985 г.

Изграждането на първото в света болнично съоръжение за протонна терапия започва през 1970 г. в Университетския медицински център Лома Линда (УМЦЛЛ) в Калифорния с невероятно проучване, което решава три от главните проблеми, които дотогава възпрепятстват оптималната употреба на протоните за лечение на пациенти: компютърно управление, дигитално сканиране (компютъризирана томография) и компютърно планиране на лечението, което позволява на лекарите да визуализират йонизиращото въздействие върху анатомията на пациента и по този начин да планират лечението с достатъчна прецизност, като по този начин се осъзнават ползите от тези добре координираното лъчение със заредени частици. В началото на 80-те години индустрията предоставя необходимите технологии и компетентни служители. Учените от УМЦЛЛ започват да развиват концепциите, необходими за компютърното планиране на радиолечението в края на 60-те години и в началото на 70-те години създават първото съоръжение, използващо ултрасонография (ултразвук). Към 1975 г. то прераства в едно от първите отделения по компютърна томография. Системата предоставя информация за плътността на електроните, което прави възможно насочването на кривата на Бряг в точния необходим за лечението обем. Майкъл Гойтън от болницата в Масачузетс развива триизмерните възможности на системата, с което подобрява още повече планирането на лечението с високоенергийни частици. Създаването на такива системи за планиране осигурява една от съществените предпоставки за протонна радиотерапия (както и за терапия с други видове заредени частици). До 1984 г. всички предпоставки за създаването на оптимални съоръжения за йонизиращо лъчение в клинична среда са налични. Този факт не убягва на учените от Фермилаб, болницата в Масачузетс и УМЦЛЛ.

Авторът се свързва с ръководството на Фермилаб, заместник директора Филип В. Ливдал и директора Леон М. Ледерман, които се съгласяват да предоставят нужната подкрепа на лабораторията за разработването на концептуален дизайн за подобно клинично съоръжение; да продължат с разработването на идеята; и да създадат усилвател и системи за пренасяне и доставяне за УМЦЛЛ, за да започнат клинични експерименти. Повратна точка в протонната терапия е 1990 г. и отварянето на първия в света център за протонна терапия в УМЦЛЛ. Това се случва повече от 20 години след като учените започват своите проучвания, чиято крайна цел е създаването на такова съоръжение.

Центърът в УМЦЛЛ избира именно протоните, защото относително ниското линейно предаване на енергия на протоните, сравнено с по-тежките йони, би позволило унищожаването на злокачествените туморни клетки, които растат сред здравите клетки, както е демонстрирано и документирано още преди години. В този период вече е известно, че относителната биологична ефективност на йонизиращото лъчение е подобно на другите два вида радиация. Учените от УМЦЛЛ осъзнават, че оптималното приложение и натрупване на клинични данни може да се направи само в съоръжение, създадено, за нуждите на пациентите и да работи в медицинска среда, достъпна за голям брой хора и допълнителни медицински услуги. До днес в УМЦЛЛ лечение са премнали 15 000 пациенти.

Протоните не са единствените частици, които учените изследват с цел да бъдат използвани за радиотерапия. През 60-те и 70-те години някои физици и радио биолози съзират евентуалните терапевтични възможности на отрицателните пи-мезони и йони, които са по-тежки от ядрата на водорода. Тогава все още учените не знаят, че най-използваната частица ще бъде протонът.

Основавайки предположенията си върху явлението за прихващане на пиони, Фаулър и Пъркинс предлагат клиничната употреба на пи-мезоните. Учените очакват пионите да се превърнат в желани частици за клинични тестове и експериментите започват в три центъра: Националната лаборатория Лос Аламос, САЩ, Института Пол Шерер в Швейцария и в TRIUMF в Британска Колумбия, Канада. Въпреки че някои от резултатите били положителни, като цяло очакванията им не се оправдали.

Началото на терапията с хелиеви йони е поставено през 1957 г. в Бъркли от Тобайъс и неговите колеги; постигнати са известни резултати. Джоузеф Р. Кастро и негови колеги започват клинични проучвания с по-тежките йони през 1974 г. Тобайъс изяснява молекулярната и клетъчна радиобиология на частиците. Предимствата на тежките йони, въпреки че са изкушаващи от теоретична гледна точка, не са добре изследвани клинично; проучванията в Бъркли са предприети отчасти, за да се разбере тяхната същност и способности. Кастро и колегите му също провеждат няколко опита; изследва се влиянието на йоните върху определени злокачествени заболявания като рак на костите и жлъчния канал. Въпреки това разходите по разработването и насочването на тежки йони не могат да се оправдаят във времето заради сравнително ограничените опити с пациенти. Изследванията на тежките йони започнали в Япония и Германия, под ръководството на Хирохико Цужии в Чиба и Герхард Крафт в Дармщат.

Днес функционират няколко съоръжения за терапия с йонизиращо лъчение, включително в САЩ, Япония, Германия, Русия, Франция, Канада, Китай, Англия, Италия, Южна Африка, Южна Корея и Швейцария. Повечето от центровете работят с протони, но в Чиба и Тацуно, Япония, и в Хайделберг, Германия, се предлага лечение с водородни йони. В Тацуно и Хайделберг се осигурява лечение както с протони, така и с водородни йони.

Към днешна дата лечение с водородни йони са преминали хиляди хора, но Айкхоф и Линц отбелязват, че систематични експериментални проучвания за откриване на оптималните йони все още липсват. Те твърдят, че йоните с атомни числа по-големи от 6, е малко вероятно да се завърнат в клиничните изследвания, но онези с атомно число между 1 и 6 биха могли да бъдат алтернативи на въглерода. 

по статията работи: Величка Мартинова

Статията е част от историята на:

• История на заболяването рак