http://ras.ru/news/shownews.aspx?id=a157492f-797b-489d-964d-b68542eb4044&print=1
© 2017 Российская академия наук

Ученые из Пущино разработали модель для изучения протонной терапии рака

16.05.2017



Протонная терапия опухолей требует меньше времени на лечение, чем обычная радиотерапия. При этом больные животные, облученные пучком протонов, живут гораздо дольше, тех, которых не лечили. Это показали в уникальном трехлетнем эксперименте ученые из Института теоретической и экспериментальной биофизики РАН в Пущино, проведенном совместно с сотрудниками Физико-теxничеcкого центpа Физичеcкого инcтитута им. П.Н. Лебедева PАН на комплексе протонной терапии «Прометеус» в Протвино. Результаты работы опубликованы в журнале «Биофизика».  

Ученые из лаборатории клеточной инженерии ИТЭБ РАН под руководством Светланы Заичкиной решили выяснить, можно ли сократить продолжительность курса протонной терапии опухолей, каков период ремиссии, частота рецидивов и продолжительность жизни животных после лечения. Их исследования поддержал разработчик комплекса протонной терапии «Прометеус», расположенного в подмосковном наукограде Протвино, член-корреспондент РАН Владимир Балакин. Он предоставил не только работающую медицинскую установку, но и все условия для проведения сложного длительного эксперимента на мышах. В мире лишь единичные лаборатории имеют возможность исследовать протонную терапию опухолей при облучении животных, обычно для этого используют только культуры клеток.

Ученые вводили самцам мышей два миллиона опухолевых клеток в задние лапы, и через пять дней у них образовывалась ощутимая опухоль. Таким образом получали модель асцитной карциномы Эрлиха — весьма агрессивной формы рака. Затем грызунов усыпляли и закрепляли на платформе, наклонно погруженной в воду, чтобы создать эффект толщи тела. В это время медицинские физики проводили компьютерную томографию опухолей, вычисляли их объем и составляли план лечения. Мышей облучали дважды тонким сканирующим пучком протонов дозами по 30 грей с интервалами от 4 до 24 часов. Причем у части животных облучали фактически определяемый объем опухоли, а у другой части — опухоль с небольшим захватом окружающих тканей, так называемый планируемый объем. Еще одна группа мышей с опухолями служила контролем, ее не облучали.

Далее ученым оставалось только наблюдать за состоянием подопытных животных. В течение месяца они смотрели, как развиваются опухоли. Выяснилось, что рост замедлился в 5-6 раз по сравнению с ростом опухолей у контрольных мышей. Эффективнее всего протонная терапия действовала, если облучать конкретный объем опухоли, без захвата прилегающих тканей. При этом интервал между двумя сеансами облучения не влиял на результат лечения.

Через месяц выяснилось, что у многих мышей после облучения протонами исчезла опухоль, то есть их вылечили. К примеру, вылечились 81% из тех, у которых облучили конкретный объем опухоли, и только 45% из тех, у кого облучили избыточный объем тканей. Еще через месяц примерно у 60% «вылеченных» мышей обеих групп начались рецидивы опухоли на том же месте, но продолжительность жизни их оказалась разной. Мыши с рецидивами, у которых облучали малый объем опухоли, жили на три месяца дольше мышей, у которых обучали больший объемом. Мыши же без рецидивов в группе при облучении малого объема опухоли жили на пять месяцев дольше (до 20 месяцев), что сравнимо со средней продолжительностью жизни необлученных здоровых мышей.

Таким образом, мыши, у которых облучали конкретный, пальпируемый, объем опухоли, жили значительно дольше, чем те, у которых облучали больший объем тканей. Из этого следует, что облучение избыточного объема окружающих опухоль тканей, также как и, возможно, сохранение стволовых опухолевых клеток, способствует возобновлению болезни.

— В мире не так много установок протонной терапии, и у врачей не накоплен еще достаточный опыт использования их для лечения разных видов опухолей, кроме того необходимы наблюдение отдаленных последствий облучения протонами. Также важно, чтобы исследования были систематическими, а такую возможность пока дают только модельные эксперименты на животных-опухоленосителях, в которых можно отрабатывать разные схемы, дозы облучения, и наблюдать эффекты в течение жизни,— пояснила пресс-службе ИТЭБ РАН результаты работы соавтор статьи, старший научный сотрудник Ольга Розанова.

Сейчас протонная терапия опухолей требует нескольких сеансов, что значительно удорожает и без того дорогую процедуру. Данный же эксперимент также показал, что есть основания сокращать курс облучения протонами даже до одного-двух сеансов облучения. Ученые называют это экстремальным гипофракционированием.

По словам О.М. Розановой, сократив число сеансов протонной терапии, можно существенно удешевить этот способ лечения. Сейчас он остается дорогим, а потому недоступным широкому кругу больных, из-за сложности медицинских установок и их обслуживания. А фундаментальные знания о механизмах, приводящих к рецидивам и другим неблагоприятным отдаленным последствиям лечения, позволят в будущем применять протонную терапию более эффективно.

— Протонная терапия, мы надеемся, будет эффективна при лечении радиорезистентных видов рака, локализованных рядом с важными органами. К таковым относятся прежде всего опухоли в области шеи и головного мозга. Эти видом рака часто болеют дети, — уточнила Ольга Розанова.

Протонную терапию применяет в онкологии около 10-15 лет в наиболее развитых странах мира. По сравнению с обычной лучевой терапией, где используют фотонное излучение, протонная терапия позволяет более точно настроить пучок и облучить опухоль внутри организма, не повреждая окружающие здоровые ткани. Протонную терапию используют главным образом для лечения опухолей шеи и головного мозга, там, где другие методы не помогают, а хирургическое вмешательство опасно. Пионером протонной терапии в России стал физик из подмосковного наукограда Протвино Владимир Балакин (член-корреспондент РАН, сотрудник Физико-технического центра Физического института им. П.Н. Лебедева). Он изобрел компактный, недорогой протонный ускоритель, один из которых уже работает в Протвино. В 2015 году его установка прошла сертификацию, и теперь на ней лечат пациентов Медицинского радиологического научного центра им. А.Ф. Цыба (Обнинск).

Кроме исследований на протонном ускорителе «Прометеус» группа С.И. Заичкиной также изучает медицинские возможности пучка ускоренных ионов углерода, экспериментируя совместно с физиками на исследовательском ускорителе ИФВЭ в Протвино. Облучение ионами углерода — это еще одно прорывное направление в радиотерапии рака, позволяющее более точно и эффективно облучать опухоль.

 

Источник:

Балакин В.Е. и др. «Отдаленные лучевые последствия после гипофракционированного облучения протонами солидной карциномы Эрлиха у мышей» // Биофизика. – 2017. – т. 62. – №. 1. – с. 161-167. http://elibrary.ru/item.asp?id=28805463

Балакин В.Е. и др. «Гипофракционированное облучение солидной формы асцитной карциномы Эрлиха у мышей тонким сканирующим пучком протонов» // Биофизика. – 2016. – т. 61. – №. 4. – с. 808-812. http://elibrary.ru/item.asp?id=26591328

 

Татьяна Перевязова, пресс-секретарь ИТЭБ РАН, iteb-press@yandex.ru,

Пресс-релизы ИТЭБ РАН: http://web.iteb.psn.ru/press-release.htm