Протонная терапия

2005 г. Пультовая комната синхроциклотрона в центре протонной терапии Orsay, Франция.

Протонная терапия является одним из видов корпускулярной терапии (Particle therapy), которая использует протоны для облучения больной ткани, причем наиболее часто при терапии канцерогенных заболеваний.

Описание

Облучение ткани достигает максимума лишь в нескольких последних миллиметрах полёта частицы.

Протонная терапия, подобно другим видам радиотерапии воздействует нацеливанием ускоренных ионизирующих частиц (в данном случае, протонов, разогнанных в ускорителе частиц) на облучаемую опухоль[1]. Эти частицы повреждают ДНК клеток, вызывая в конечном случае их гибель. Раковые клетки, из-за высокого темпа их деления и из-за меньшей способности к восстановлению поврежденной ДНК особенно болезненно воспринимают атаку на носителя их наследственности.

Благодаря их относительно огромной массе, протоны испытывают небольшое поперечное рассеяние в ткани, а дисперсия их продольного пробега очень невелика; пучок можно сфокусировать на опухоль, не внося неприемлемых повреждений в окружающие здоровые ткани. Все протоны заданной энергии имеют совершенно определенный пробег; ничтожное их число превышает это расстояние [1]. Более того, практически вся радиационная доза выделяется в ткани на последних миллиметрах пробега частиц; этот максимум называют Брегговским пиком. Местоположение Брегговского пика зависит от энергии, до которой были разогнаны частицы в ускорителе, эта энергия в большинстве случаев должна находиться в диапазоне от 70 до 250 миллионов электронвольт (Мэв). Следовательно, появляется возможность сфокусировать область разрушения клеток протонным пучком в глубине здоровой ткани, окружающей опухоль; ткани, расположенные до Брегговского пика получают некоторую незначительную дозу. Более того, эта доза может быть ещё уменьшена за счет прецизионного вращения либо самого пучка вокруг пациента (gantry), либо прецизионного вращения всего тела пациента при пространственно стабильном пучке протонов. Ткани, расположенные за Брегговским пиком практически не получают ионизационной дозы.[2]

Ранняя история протонной терапии

Первое предложение о том, что ускоренные протоны могут быть эффективным средством лечения было сделано Робертом Вильсоном (Robert R. Wilson) в статье, опубликованной в 1946 году.^[1] В это время он был участником проектирования циклотронной лаборатории в Гарварде (HCL). Первые опыты по облучению пациентов были проделаны на ускорителях, построенных для физических исследований, а конкретно в Радиационной лаборатории в Беркли в 1954 и в Университете Уппсала (Швеция) в 1957.

В 1961 году началось сотрудничество между HCL и Центральной больницей штата Массачусетс (Massachusetts General Hospital (MGH) по развитию метода протонной терапии. В течение последующих 41-го года программа модернизировалась и улучшалась. Было пролечено 9 116 пациентов вплоть до закрытия циклотрона в 2002 году.

Вслед за этой пионерской работой в США в 1990 году был построен специализированный клинический центр протонной терапии в городе Лома Линда, штат Калифорния (Loma Linda University Medical Center (LLUMC) (недавно переименованный в Центр Протонной Терапии имени Джеймса Слейтера, James M. Slater Proton Therapy Center).

Затем был построен Северо-восточный Центр Протонной Терапии в Центральной больнице штата Массачусетс (недавно переименованный в Центр Протонной Терапии имени Френсиса Барра, Francis H. Burr Proton Therapy Center). В течение 2001 и 2002 годов сюда были перемещены все терапевтические программы HCL.

За и против терапии

Воздействие на опухоль носоглотки с помощью фотонной терапии (слева) и протонной терапии (справа): сравнение полученных радиационных доз. Из исследования Taheri-Kadkhoda et al., 2008.^[2]

Рассматриваемый метод представляет, несомненно, большой интерес. Очень необычна его способность прецизионно нацеливаться на опухоль и уничтожать её, причем как близко к коже человека, так и на любой глубине тела. Окружающие ткани получают минимальный урон.[1] По этой причине эта терапия особенно хороша для некоторых видов опухолей, где обычная Радиационная терапия наносит неприемлемый ущерб окружающим тканям.[1] Это особенно важно при лечении детей, когда длительное облучение приводит к возникновению Вторичных опухолей, возникающих при избыточных радиационных дозах. Из-за меньшей дозовой нагрузки на здоровые ткани протоны создают гораздо меньше побочных радиационных эффектов, чем в обычной радиационной терапии.

Логика применения протонной терапии при лечении наиболее распространенных онкозаболеваний (например, опухоль легкого, внутричерепная, в шейном отделе позвоночника и т. д.) подобна логике хирургии, как окончательной местной терапии. Мы знаем, однако, что это не совсем так. Раковые клетки способны распространяться в микроскопических количествах из очага опухоли на ранних стадиях заболевания.

Исторически существовала одна область, где протонная терапия имела неоспоримое преимущество: хориоидальная злокачественная меланома, так как при этом заболевании единственным методом было удаление глаза. Сегодня протонная терапия способна вылечить эту опухоль без увечий. Протонная терапия используется для лечения ранних стадий рака [3].

Технология

Протонная терапия до сих пор использовала очень массивное и тяжелое оборудование массой в сотни тонн. Так, например, синхроциклотрон терапевтического центра в Орсэ (Франция) имеет суммарную массу 900 тонн. Ранее подобное оборудование было доступно только в физических центрах по изучению элементарных частиц; применительно к Орсэ пришлось переоборудовать машину для физических экспериментов в медицинскую.

Лечение протонами глазных опухолей проводится в Сакраменто на установке Davis Калифорнийского Университета, эта установка находится в оперативном подчинении факультета радиационной онкологии Калифорнийского Университета. По оценкам, более 44 000 пациентов было пролечено протонной терапией с положительным результатом. В Швейцарии в Институте Пауля Шерера, начиная с 1984 года было пролечено около 5 000 пациентов с опухолями глаза.

На сегодняшний день заработал Институт протонной терапии Среднего Запада в университете Индианы. Летом 2006 года заработали ещё два медицинских центра: коммерческий Протонный онкологический Центр им. М. Д. Андерсона в Университете Техаса[4] , Хьюстон, штат Техас, и Институт протонной терапии Университета Флориды в Джэксонвилле, штат Флорида. (Последний институт уникален тем, что расположен на поверхности земли. Во всех центрах, построенных до этого, протонный циклотрон располагали под землей для обеспечения радиационной защиты. Во Флориде очень высок уровень грунтовых вод, поэтому помещение ускорителя было поднято на поверхность, а толщина стен увеличена до 5,5 метра в некоторых зонах для надежной радиационной защиты.)

В Университете Пенсильвании намечено открытие крупнейшего в мире института протонной терапии (Центр протонной терапии им. Робертса при Центре перспективной медицины им. Перельмана) в 2009 году. Последние три здания были спроектированы архитектурной фирмой «Tsoi/Kobus и партнеры», оборудование для протонной терапии поставляется фирмой Ion Beam Applications (IBA).

В июле 2007 года, Центральная больница DuPage (CDH) в городе Winfield, штат Иллинойс объявила о намерении создать совместное предприятие с ProCure Treatment Centers Inc. и Radiation Oncology Consultants, Ltd. с тем, чтобы организовать лечение онкобольных в Иллинойсе. Ожидается, что лечение больных в CDH начнется в 2010 году. В аналогичном партнерстве ProCure строит центр протонной терапии в Оклахома Сити, штат Оклахома, открытие намечено на 2009—2010 год. Оба учреждения приобретают оборудование у фирмы IBA.

Таким образом, в Северной Америке, Европе и Азии функционирует и строится несколько центров протонной терапии. Облучение протонами достигло впечатляющего прогресса при терапии многих видов рака, включая рак мозга, рак позвоночника, рак простаты. Некоторые исследователи предположили, что антипротоны могут быть ещё более эффективны в борьбе с раковыми клетками. До сих пор, однако, выполнена только самая начальная стадия исследований на клеточных структурах.[5][6].

В последнее время наблюдается всё более увеличивающийся разрыв в развитии технологий протонной терапии в России и за рубежом. В России по прежнему ведутся весьма ограниченные клинические исследования на базе многофункциональных облучательных аппаратов физических научных центров. Так, протонная терапия развивается на базе ИТЭФ (г. Москва), РНЦРХТ (на базе ПИЯФ им. Б. П. Константинова г. Гатчина, Ленинградская область), ОИЯИ (г. Дубна). В настоящее время эти три центра могут принять лишь около 1 % всех нуждающихся в таком виде лечения.

Будущие центры терапии

В России строятся центры протонной терапии в Москве при больнице им. Боткина, в Протвино

Пристройка к зданию поликлиники для Центра протонной терапии в Протвино

и Пущино (Московская область). Идет реконструкция центра протонной терапии в ПИЯФ (г. Гатчина, Ленинградская область).

В США нарастает степень признания метода протонной терапии, отмечен его прогресс и потенциальные возможности для роста. Планируется строительство нескольких новых центров на территории США, большинство из которых требует инвестиций от $120 миллионов до $200 миллионов:

Hampton University в Хэмптоне, штат Вирджиния, планируется постройка установки стоимостью $183 миллиона, срок окончания строительства 2010 г.

Seattle Cancer Care Alliance, планируется установка в Сиэтле, штат Вашингтон, лечение начнется в 2012 году.

University of Pennsylvania, запланирован крупный комплекс в Филадельфии (упомянут выше), финансирование исходит от Министерства Обороны США в кооперации с Военным госпиталем Walter Reed*

Northern Illinois University, строит онкологический центр по терапии и НИР в Чикаго на основе протонной терапии. К сожалению, оборудование пока не прошло сертификацию и это вызывает озабоченность у налогоплательщиков.

[1]Центр специальных методов терапии в Оклахома Сити, окончание строительства в 2009 году.

Barnes-Jewish Hospital в Сент. Луисе, штат Миссури.

Broward General в Форт Лодердейл и Orlando Regional в Орландо, штат Флорида планируют малобюджетные установки в пределах $20 миллионов.

National Taiwan University Hospital в Тайбэе, Тайвань получил в дар $400 миллионов от Foxconn на строительство протонного центра с плановым сроком завершения в 2010 году.

Chang Gung Memorial Hospital в уезде Тайбэй, Тайвань, планируется завершение строительства центра протонной терапии в 2010 г.

В штате Мичиган объединились шесть учреждений здравоохранения по всему штату и образовали Мичиганский Концорсиум Протонной терапии. Планируется строительство установки по обслуживанию всех жителей штата.

Одним из препятствий для широкомасштабного использования протонов для лечения рака является размер и стоимость необходимого циклотронного или синхроциклотронного оборудования. Массачусетский Технологический Институт (МИТ) в сотрудничестве с командой производственников ведет разработку сравнительно компактной ускорительной системы для облучения пациентов протонами. Как только эта технология будет отлажена, и если будут достигнуты дозовые нагрузки в тканях, необходимые для эффективной терапии, возможно значительное увеличение числа подобных установок. Так, уже упомянутые больницы в Сент-Луисе, Миссури, и две больницы во Флориде планируют приобретение этих установок. Центр в Оклахома Сити планирует использование циклотрона разработки фирмы IBA.

10 ноября 2009 г. в В Гейдельберге (Германия) торжественно открылся Центр ионной терапии — самое крупное в мире техническое сооружение медицинского назначения. Общая площадь центра — более 5000 кв. метров, сметная стоимость — около 119 миллионов евро. Подробнее

Поставщики оборудования

Следующие фирмы в настоящее время поставляют или разрабатывают оборудование для протонной терапии: лидером рынка является фирма IBA Proton Therapy (Бельгия), Still River Systems (США), Optivus Proton Therapy (США), Hitachi (Япония), Sumitomo Heavy Industries, (Япония), ACCEL (Германия, недавно куплена фирмой Varian, США), Mitsubishi Electric, (Япония)[7], ЗАО «ПРОТОМ» (Россия), ООО «Particle Engineering Solutions»(Россия).

Сборка магнитной системы ускорителя протонов для Словакии в цеху ЗАО «ПРОТОМ». 2008 г.

Примечания

1. ↑ «Radiological Use of Fast Protons», R. R. Wilson, Radiology, 47:487-491 (1946)
2. ↑ Taheri-Kadkhoda Z, Björk-Eriksson T, Nill S, Wilkens JJ, Oelfke U, Johansson KA, Huber PE, Münter MW (2008). «Intensity-modulated radiotherapy of nasopharyngeal carcinoma: a comparative treatment planning study of photons and protons». Radiat Oncol 3: 4. DOI:10.1186/1748-717X-3-4. PMID 18218078.

Ссылки

	Протонная терапия на Викискладе?

2. ^ Metz, James (2006-07-31). «Differences Between Protons and X-rays», The Abramson Cancer Center of the University of Pennsylvania. Retrieved on 4 February 2008.

3. ^ http://www.snof.org/maladies/melanome-oculaire.html

4. Health Care Renewal: M. D. Anderson Cancer Center Leases Its Name

5. CERN Bulletin

6. Elsevier Article Locator

7. Microsoft PowerPoint — AAPM_Lomax.ppt Read-Only

8. «Что такое протонная терапия?», Гусев А. Е.

9. «АДРОННАЯ ЛУЧЕВАЯ ТЕРАПИЯ», Гулидов И. А. Россия, г. Обнинск, Медицинский радиологический научный центр Российской академии медицинских наук. Материалы Всероссийского конгресса лучевых диагностов, Москва 6 — 8 июня 2007, Центр международной торговли, с. 110—111.

10. Видеоролик о курсе лечения в Техасе (англ. язык, мультипликация) (не работает)

11. Владимир Сергеевич ХОРОШКОВ

12. Протонная пушка в Троицке. Видео на Younube.

12. ФГУ «Российский научный центр рентгенорадиологии»

13. Официальный сайт Медико-технического комплекса в Дубне