Scientia

Există în lume acceleratoare de particule care ţintesc cu fascicule de protoni bolnavii de cancer. Nu pentru a-i ucide însă, ci pentru a-i vindeca. Nu este un film ştiinţifico-fantastic, ci realitate. Cum funcţionează terapia cu protoni? Citiţi articolul pentru detalii.

Fascicule de protoni, provenind de la acceleratoare de particule dedicate, sunt folosite cu mult succes în tratamentul tumorilor. Dar, din cauza costurilor pe care le presupun acceleratoarele, tratamentul nu e pentru toţi: doar 70.000 de oameni s-au tratat astfel.

Metoda, denumită protonoterapie, foloseşte aparatură şi tehnologii care provin direct din laboratoarele de fizică nucleară; utilizarea acceleratoarelor de particule şi înţelegerea proceselor prin care radiaţiile interacţionează cu ţesuturile vii nu mai sunt apanajul exclusiv al fizicienilor.


Scurtă introducere

Am prezentat într-un articol precedent -  Antimateria, folosită împotriva cancerului - aplicaţiile recente ale cercetării fundamentale în medicină, şi anume tehnica tomografiei cu emisie de pozitroni (Positron Emission Tomography, PET), utilizată pentru localizarea tumorilor sau verificarea eficienţei metodelor de tratament (şi aceasta fără a tăia pacientul). În articolul de faţă, continuăm seria exemplelor de aplicare a fizicii particulelor în medicină, prin prezentarea unei metode de tratament al tumorilor cu ajutorul fasciculelor de protoni. Metoda poartă numele de protonoterapie.

Ce este protonoterapia

De obicei, în tratamentul tumorilor se foloseşte, pe lângă chirurgie şi chimioterapie, tratamentul cu diverse tipuri de radiaţii (radioterapie) pentru distrugerea celulelor canceroase. De cele mai multe ori, sunt folosite radiaţii gama (fotoni) care provin (de obicei) din dezintegrarea unei surse radioactive de cobalt 60; uneori sunt folosite radiaţii beta (electroni).

Aceste particule sunt absorbite pe tot parcursul lor către zona tumorală, afectând, în acest fel, nu doar regiunea bolnavă, ci şi ţesuturile sănătoase din regiunea tumorală. Este evident faptul că în cazul tumorilor localizate în zone vitale – cum ar fi creierul sau ochiul – această metodă poate avea, pe lângă eventualele efecte pozitive, şi efecte negative, care pot pune în pericol funcţionarea organelor respective şi, implicit, viaţa pacienţilor.

Ideea de a folosi fasciculele de protoni în tratamentul tumorilor a fost propusă în 1946 de către R.R. Wilson şi a fost aplicată pentru prima dată în 1954 la laboratorul de cercetare în fizică nucleară Lawrence Berkley National Laboratory (California, SUA). În Europa, această metodă a fost aplicată pentru prima dată în Suedia, la Uppsala, în 1957. La Uppsala se utiliza un accelerator construit pentru cercetări fundamentale în fizică. De atunci, tehnica s-a perfecţionat şi este aplicată cu succes în centrele de protonoterapie din întreaga lume.

Dispozitiv protonoterapie
credit: buzzle.com

Avantajele protonoterapiei

Protonul, alcătuit din trei quarcuri, este o particulă încărcată electric pozitiv, de circa 1836 de ori mai grea decât electronul, a cărei pierdere de energie la traversarea ţesutului viu poate fi controlată prin nivelul energiei fasciculelor. Practic, ceea ce se întâmplă este următorul lucru: protonii acceleraţi la o anumită energie sunt direcţionaţi spre tumoare, intră în corpul pacientului pe care îl străbate dăunând foarte puţin ţesuturilor sănătoase; odată ajunşi la tumoare aceştia transferă ţesutului aproape întreaga lor energie dând naştere la procese care duc la distrugerea ADN-ului celulelor canceroase, împiedicând în acest fel înmulţirea acestora.

În felul acesta, ţesuturile sănătoase rămân practic neafectate de radiaţie, în timp ce ţesuturile bolnave sunt distruse. Cu cât energia fasciculului este mai mare, cu atât energia protonilor este cedată ţesuturilor mai profunde. Pentru tumorile superficiale se folosesc aşadar protoni cu energii mai mici decât a celor utilizaţi în tratamentul tumorilor aflate în profunzimea organismului.

În graficul de mai jos este prezentat modul diferit în care protonii cedează energia ţesutului viu, în comparaţie cu fotonii. Cu albastru este prezentată curba de transfer a energiei fotonilor – se vede clar că energia este transferată ţesutului viu pe tot parcursul; cu verde este prezentată energia transferată de protoni; se observă un maxim (o valoare de vârf) de transfer a energiei, care poate fi dirijat acolo unde se află tumoarea.

Aplicarea metodei şi situaţia internaţională

Protocolul de tratament prevede o faza iniţială de câteva zile, de optimizare a energiei şi orientării fasciculelor în funcţie de tumoarea care trebuie tratată, după care sunt efectuate între 12 şi 16 şedinţe de câteva minute (numărul acestora variază, în funcţie de tumoarea de tratat).

Pentru aplicarea acestei metode de tratament este nevoie de un accelerator de particule, ceea ce face ca această metodă să fie mult mai costisitoare decât metodele care folosesc fotonii (radiaţii X sau gama) sau chimioterapia. Investiţia iniţială pentru construirea unui centru de protonoterapie este în jur de 100-150 milioane de dolari. Din acest motiv, numărul de centre de hadronoterapie (în care se folosesc atât protoni, cât şi ioni de carbon) este foarte redus, acestea existând doar în ţările “bogate”, iar numărul pacienţilor trataţi este relativ mic faţă de numărul celor care ar putea beneficia de această metodă.

În aprilie 2010, în lume existau 29 centre de protonoterapie, în următoarele ţări: Anglia, Canada, China, Coreea, Elveţia, Franţa, Germania, Italia, Japonia, Rusia, Africa de Sud, SUA şi Suedia, centre în care au fost trataţi cu succes aproape 70.000 de pacienţi.

Concluzii

Am prezentat în articolul de faţă o metodă foarte eficientă de tratament al tumorilor, protonoterapia, cu ajutorul fasciculelor de protoni provenind de la acceleratoare de particule dedicate. La ora actuală, obiectivul cercetării în acest domeniu este de a dezvolta acceleratoare mai mici şi mai compacte, care să coste mai puţin, astfel încât să poată fi construite şi folosite în număr mai mare pentru tratamentul pacienţilor, inclusiv în ţări care nu sunt neapărat bogate.

Resurse video (eng.):

Your radiologist explains: proton therapy
What is proton therapy?

Autoarea mulţumeşte dlui. Paul Fogarassy pentru colaborare.