Protonterapi är en typ av partikelterapi som använder protoner för att bestråla sjuk vävnad, oftast vid cancerterapi .
Protonterapi fungerar, liksom andra typer av strålbehandling, genom att rikta accelererade joniserande partiklar (i detta fall protoner som accelereras i en partikelaccelerator) mot den bestrålade tumören. Dessa partiklar skadar cellernas DNA och orsakar så småningom deras död. Cancerceller är, på grund av den höga delningshastigheten och på grund av deras lägre förmåga att reparera skadat DNA, särskilt känsliga för attacken mot bäraren av deras ärftlighet [1] .
På grund av sin relativt stora massa upplever protoner endast en liten tvärspridning i vävnaden, och spridningen i deras väglängd är mycket liten; strålen kan fokuseras på tumören utan att orsaka oacceptabel skada på den omgivande friska vävnaden. Alla protoner av en given energi har ett mycket bestämt intervall; ett obetydligt antal av dem överskrider detta avstånd. Dessutom släpps nästan hela stråldosen ut i vävnaden under de sista millimeterna av partikelbanan; detta maximum kallas Bragg-toppen . Placeringen av Bragg-toppen beror på den energi som partiklarna accelererades till i acceleratorn, denna energi bör i de flesta fall ligga i intervallet från 70 till 250 miljoner elektronvolt (MeV). Följaktligen blir det möjligt att fokusera området för cellförstöring av protonstrålen i djupet av frisk vävnad som omger tumören; vävnader som ligger före Bragg-toppen får någon obetydlig dos. Dessutom kan denna dos reduceras ytterligare genom precisionsrotation av antingen själva strålen runt patienten med hjälp av en speciell portalanordning [2] eller exakt rotation av patientens hela kropp med en rumsligt stabil protonstråle. Vävnader som ligger bakom Bragg-toppen får praktiskt taget ingen joniseringsdos.
Det första förslaget att accelererade protoner skulle kunna vara en effektiv behandling gjordes av Robert Wilson i en tidning publicerad 1946 [3] . Under denna tid var han involverad i designen av Harvard Cyclotron Laboratory (HCL). De första experimenten med bestrålning av patienter utfördes på acceleratorer byggda för fysikforskning, särskilt vid Berkeley Radiation Laboratory 1954 och vid Uppsala universitet (Sverige) 1957.
1961 inleddes ett samarbete mellan HCL och Massachusetts General Hospital (MGH) för att utveckla metoden för protonterapi.Under de kommande 41 åren moderniserades och förbättrades programmet. 9 116 patienter behandlades fram till stängningen av cyklotronen 2002.
I Sovjetunionen erhölls en terapeutisk protonstråle med en energi på upp till 200 MeV vid synkrocyklotronen vid Joint Institute for Nuclear Research (Dubna) 1967. Strålen leddes till ett specialiserat behandlingsrum fäst vid synkrocyklotronens kropp, där en roterande stol placerades för fixering av patienten, dosimetri, justering och annan hjälputrustning utformad för att kontrollera exponeringen av patienter [4] .
I USA byggdes 1990 ett specialiserat kliniskt centrum för protonterapi i Loma Linda, Kalifornien (Loma Linda University Medical Center (LLUMC), nyligen döpt om till James Slater Proton Therapy Center, James M. Slater Proton Therapy Center.
Sedan kom Northeast Proton Therapy Center vid Massachusetts General Hospital (nyligen omdöpt till Francis H. Burr Proton Therapy Center). Under 2001 och 2002 flyttades alla HCL terapeutiska program hit.
Metoden tillåter exakt inriktning av tumören och förstörelse av den på alla djup av kroppen. Omgivande vävnader tar minimal skada. Av denna anledning är protonterapi särskilt bra för vissa typer av tumörer, där konventionell strålbehandling orsakar oacceptabel skada på omgivande vävnader. Detta är särskilt viktigt vid behandling av barn, när långvarig exponering leder till sekundära tumörer som uppstår vid för höga stråldoser. På grund av den lägre dosbelastningen på friska vävnader skapar protoner mycket mindre sidostrålningseffekter än vid konventionell strålterapi.
Det verkar som om logiken i att använda protonterapi vid behandling av de vanligaste cancerformerna (t.ex. lungcancer, intrakraniell, cervikal, etc.) liknar den för kirurgi som den ultimata lokala terapin. Detta är dock inte riktigt sant. Cancerceller kan spridas i mikroskopiska mängder från tumörstället i de tidiga stadierna av sjukdomen.
Historiskt har det funnits ett område där protonterapi har haft en obestridlig fördel: koroidalt malignt melanom , eftersom den enda metoden i denna sjukdom var att ta bort ögat. Idag kan protonterapi bota denna tumör utan stympning. Protonbehandling av ögontumörer utförs i Sacramento vid University of California Davis anläggning, som drivs av Department of Radiation Oncology vid University of California. Det uppskattas att mer än 44 000 patienter har behandlats med protonterapi med positivt resultat. Sedan 1984 har cirka 5 000 patienter med ögontumörer behandlats i Schweiz vid Paul Scherer Institute.
Protonbestrålning har gjort imponerande framsteg i behandlingen av många typer av cancer, inklusive hjärncancer, spinalcancer och prostatacancer. Vissa forskare har föreslagit att antiprotoner kan vara ännu mer effektiva för att bekämpa cancerceller. Hittills har dock bara det allra första stadiet av forskning om cellulära strukturer avslutats.
Protonterapi har hittills använt mycket massiv och tung utrustning som väger hundratals ton. Så till exempel har synkrocyklotronen i det terapeutiska centret i Orsay (Frankrike) en total massa på 900 ton. Tidigare var sådan utrustning endast tillgänglig i fysiska centra för studier av elementarpartiklar; i förhållande till Orsay var det nödvändigt att konvertera maskinen för fysiska experiment till en medicinsk.
En barriär för den utbredda användningen av protoner för cancerbehandling är storleken och kostnaden för den cyklotron- eller synkrocyklotronutrustning som krävs. Massachusetts Institute of Technology (MIT), i samarbete med ett team av tillverkare, utvecklar ett relativt kompakt acceleratorsystem för att bestråla patienter med protoner. Så snart denna teknik har felsökts, och om dosbelastningar i vävnader som är nödvändiga för effektiv terapi uppnås, är en betydande ökning av antalet sådana installationer möjlig. Således planerar de redan nämnda sjukhusen i St. Louis, Missouri, och två sjukhus i Florida att förvärva dessa enheter. Oklahoma City Center planerar att använda en IBA-cyklotron.
Hittills har Midwest Institute for Proton Therapy vid Indiana University lanserats. Sommaren 2006 lanserades ytterligare två vårdcentraler: det kommersiella Proton Cancer Center uppkallat efter A.I. M.D. Anderson vid University of Texas, Houston, Texas och University of Florida Proton Therapy Institute i Jacksonville, Florida. (Det sistnämnda institutet är unikt genom att det ligger på jordens yta. I alla centra som byggdes innan dess var protoncyklotronen placerad under jord för att ge strålskydd. I Florida är grundvattenytan mycket hög, så acceleratorn rummet höjdes till ytan och väggarna ökades i tjocklek upp till 5,5 meter i vissa områden för tillförlitligt strålskydd.)
University of Pennsylvania är planerad att öppna världens största protonterapiinstitut (Roberts Proton Therapy Center vid Perelman Center for Advanced Medicine) 2009. De tre sista byggnaderna ritades av arkitektbyrån Tsoi/Kobus & Associates, och protonterapiutrustningen levereras av Ion Beam Applications (IBA).
I juli 2007 tillkännagav DuPage Central Hospital (CDH) i Winfield, Illinois sin avsikt att ingå ett joint venture med ProCure Treatment Centers Inc. och Radiation Oncology Consultants, Ltd. för att organisera behandlingen av cancerpatienter i Illinois. Patienter förväntas påbörja behandling vid CDH 2010. I ett liknande partnerskap bygger ProCure ett protonterapicenter i Oklahoma City, Oklahoma, planerat att öppna 2009-2010. Båda institutionerna köper utrustning från IBA.
Från och med februari 2019, enligt PTCOG (Particle Therapy Co-Operative Group), fanns det 92 protonacceleratorer i drift i världen, inklusive installationer i forskningsinstitut, som används för att behandla sjukdomar. De flesta av dem arbetar i USA (31), Japan (20) och Tyskland (8) [6] .
I Ryssland, tills nyligen, utfördes mycket begränsade kliniska studier på basis av multifunktionella bestrålare av fysiska forskningscentra. Således utvecklades protonterapi på basis av ITEP (Moskva), RNTsRHT (på basis av B.P. Konstantinov PNPI , Gatchina, Leningrad-regionen), JINR (Dubna). Dessa tre centra kunde bara ta emot cirka 1 % av alla som var i behov av denna typ av behandling. . Från och med 2018 kan totalt ryska protonterapicenter inte behandla mer än 1 150 patienter per år. Kostnaden för behandling är endast tillgänglig för den mycket rika delen av befolkningen [7] .
Sedan 2020 har protonstrålebehandling för behandling av onkologiska sjukdomar inkluderats i listan över typer av högteknologisk sjukvård som finansieras från Federal Compulsory Medical Insurance Fund [8] .
I slutet av november 2015 [9] vid A.F. Tsyba, Obninsk , påbörjades behandling av patienter vid protonterapienheten i Protvino [10] [11] . I slutet av mars 2016 ägde den fysiska lanseringen av Prometheus protonterapikomplex rum i Obninsk [12] [13] [14] . I november 2016, läkarna av MRRC dem. A.F. Tsyba behandlade mer än 60 patienter (cirka 2000 sessioner med bestrålning av huvud- och halstumörer utfördes) med en protonstråle vid Prometheus-komplexet (det första som togs i drift) beläget i Protvino [15] [16] [17] [ 18] [19] . Det befintliga protonkomplexet med en kabin, baserat på de erfarenheter som redan vunnits, kan behandla 400–500 personer per år när det drivs i tvåskift.
2015 började byggandet av det första i Ryska federationens kliniska centrum för protonterapi med ett roterande portalsystem i St. Petersburg . Den privata investeraren i projektet var Berezin Sergey Medical Institute (MIBS) [20] , som investerade 7,5 miljarder rubel i konstruktionen och utrustningen av centret. Projektet erkändes som strategiskt för St Petersburg [21] . Centret är utrustat med en protonaccelerator (cyklotron) tillverkad av Varian Medical Systems och två behandlingsrum med roterande portal. Hösten 2017 började MIBS Proton Therapy Center ta emot patienter [22] . Den planerade kapaciteten är upp till 800 personer per år, varav minst hälften är patienter under 18 år. Under det första hela verksamhetsåret (2018) behandlade MIBS Proton Therapy Center nästan 200 personer, varav mer än 45 % var barn [23] .
I januari 2019 fick Dimitrovgrad Radiological Center en statlig licens för protonterapibehandling. Den planerade genomströmningen är 1200 patienter per år [24] [25] [26] . Centret började ta emot patienter den 20 september 2019 [27] [28] [29] [30] .
I Obninsk, vid Medical Radiological Research Centre uppkallat efter A.F. Tsyb , pågår forskningsarbete kring metoder för att optimera protonterapi [31] .
I Protvino, Moskva-regionen, vid Institute of High Energy Physics , pågår arbete med de grundläggande aspekterna av behandlingen av radioresistenta tumörer med hjälp av en stråle av accelererade koljoner (kolterapi) [32] .
I februari 2019, vid det ryska investeringsforumet i Sotji, undertecknade Shvabe holding och JSC Rusatom Healthcare ett samförståndsavtal inom området för implementering av hadron- (proton- och jon-) terapiprojekt [34] . Samtidigt sa Andrey Kaprin , generaldirektör för National Medical Research Center for Radioology, Chief Freelance Oncologist vid det ryska hälsoministeriet , att rysk onkologi skulle utveckla inhemsk produktion av strålningsenheter. Som ett framgångsrikt exempel nämnde Andrey Kaprin skapandet av den första inhemska protonacceleratorn, som började användas 2017 vid Medical Radiological Research Center uppkallad efter N.N. A. F. Tsyba i Obninsk (filial av National Medical Research Centre for Radioology) [35] .
En ny metod för att öka den biologiska effektiviteten hos en medicinsk protonstråle har föreslagits och studeras vid JINR . Effekten av inhibitorer, läkemedel som används på onkologiska kliniker, på bildandet av dubbelsträngade DNA-brott i mänskliga celler under protonbestrålning vid Bragg-toppen har studerats. Tillämpningen av den föreslagna metoden, som leder till en ökning av den biologiska effektiviteten hos protonstrålar, sammanför avsevärt användningsområdena för proton- och kolacceleratorer för terapeutiska ändamål [36] .
Från och med maj 2017 håller ytterligare sju Prometheus-installationer på att monteras i Protvino , varav sex är avsedda för transport utomlands [37] [38] .
Enligt nuvarande konservativa uppskattningar kommer 20 % av alla patienter som behöver strålbehandling att dra stor nytta av användningen av protonterapi. För Ryssland innebär det cirka 50 000 patienter per år. Men eftersom hittills, på nivån för evidensbaserad medicin, lokaliseringar inte har definierats där protonterapi skulle erkännas som ett obestridt val, bildar varje stat, baserat på sina ekonomiska möjligheter, sin egen lista över neoplasmer där användningen av protonterapi kommer att betalas från budgeten.
- [39]I Ryssland fanns planer på att bygga protonterapicenter i Moskva vid sjukhuset. Botkin (fryst 2013 [40] ), i Protvino och Pushchino (Moskvaregionen). Rekonstruktionen av protonterapicentret vid PNPI (Gatchina, Leningrad-regionen) pågår [41] . Det är planerat att sätta i drift Proton Therapy Complexes (PPT) vid Institutet för kärnforskning vid den ryska vetenskapsakademin i Troitsk nära Moskva och på grundval av Siberian Clinical Center vid FMBA i Krasnoyarsk [42] .
I juli 2019 tillkännagav tidningen RBC starten av byggprojektet för världens största multifunktionella nuklearmedicinska centrum i Leningrad-regionen av medicinföretaget SOGAZ [43] .
I USA vinner protonterapi acceptans, framsteg och potential för tillväxt. Det finns planer på att bygga flera nya centra över hela USA, varav de flesta kräver investeringar från 120 miljoner dollar till 200 miljoner dollar:
Den 10 november 2009 i Heidelberg (Tyskland) öppnade Center for Ion Beam Therapy - världens största tekniska anläggning för medicinska ändamål. Den totala ytan av centrum är mer än 5000 m², den beräknade kostnaden är cirka 119 miljoner euro.
2012 öppnades Proton Therapy Cancer Center i Prag, Tjeckien, som specialiserat sig på behandling av cancerpatienter med en högprecisionsmetod för protonstrålning. Centret har 5 strålterapirum, inklusive ett rum för behandling av ögontumörer. Mer
I januari 2020 blev det känt att det första i Ryssland och Östeuropa Center for Carbon, eller Carbon Therapy, kommer att byggas i Leningrad-regionen. Gruppen av kliniker "SOGAZ MEDICINE" i samarbete med JSC "NOMEKO" arbetar med att skapa det. Det medicinska komplexet, som ska byggas i slutet av 2021, kommer att kunna behandla alla typer av cancer. När allt kommer omkring kommer hela utbudet av jonterapi att presenteras här: från proton till kol [44] [45] .
I slutet av juli 2021 tillkännagav den ryska regeringen tilldelningen av nästan 4,7 miljarder rubel för skapandet av ett kliniskt standardcenter för jonterapi vid Institutet för högenergifysik i staden Protvino i Moskvaregionen och ytterligare 1,83 miljarder rubel för skapandet av ett protonstråleterapikomplex baserat på Kurchatov Institute [46] .
Följande företag levererar eller utvecklar för närvarande protonterapiutrustning:
Kärnteknik | |||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|
Teknik | |||||||
material | |||||||
Kärnkraft _ |
| ||||||
nukleärmedicin |
| ||||||
Kärnvapen |
| ||||||
|