Terapia cu protoni este un tip de terapie cu particule care folosește protoni pentru a iradia țesutul bolnav, cel mai frecvent în terapia cancerului.
Terapia cu protoni, ca și alte tipuri de radioterapie, funcționează prin țintirea particulelor ionizante accelerate (în acest caz, protonii accelerați într-un accelerator de particule) la tumora iradiată. Aceste particule dăunează ADN-ului celulelor, provocând în cele din urmă moartea acestora. Celulele canceroase, datorită ratei mari de diviziune a acestora și datorită capacității lor mai mici de a repara ADN-ul deteriorat, sunt deosebit de sensibile la atacul asupra purtătorului eredității lor [1] .
Datorită masei lor relativ mari, protonii experimentează doar o mică împrăștiere transversală în țesut, iar răspândirea în lungimea traseului lor este foarte mică; fasciculul poate fi concentrat asupra tumorii fără a provoca leziuni inacceptabile țesutului sănătos din jur. Toți protonii unei energii date au o gamă foarte definită; un număr nesemnificativ dintre ele depășește această distanță. Mai mult, aproape întreaga doză de radiație este eliberată în țesut în ultimii milimetri ai traseului particulelor; acest maxim se numește vârful Bragg . Locația vârfului Bragg depinde de energia la care particulele au fost accelerate în accelerator, această energie în majoritatea cazurilor ar trebui să fie în intervalul de la 70 la 250 de milioane de electroni volți (MeV). În consecință, devine posibilă concentrarea zonei de distrugere a celulelor de către fasciculul de protoni în adâncimea țesutului sănătos din jurul tumorii; ţesuturile situate înaintea vârfului Bragg primesc o doză nesemnificativă. Mai mult, această doză poate fi redusă și mai mult prin rotirea de precizie fie a fasciculului în sine în jurul pacientului, folosind un dispozitiv portic special [2], fie prin rotația precisă a întregului corp al pacientului cu un fascicul de protoni stabil spațial. Țesuturile situate în spatele vârfului Bragg nu primesc practic nicio doză de ionizare.
Prima sugestie că protonii accelerați ar putea fi un tratament eficient a fost făcută de Robert Wilson într-o lucrare publicată în 1946 [3] . În acest timp, a fost implicat în proiectarea Laboratorului Ciclotron de la Harvard (HCL). Primele experimente privind iradierea pacienților au fost efectuate pe acceleratoare construite pentru cercetarea fizicii, în special la Laboratorul de radiații Berkeley în 1954 și la Universitatea din Uppsala (Suedia) în 1957.
În 1961, a început o colaborare între HCL și Massachusetts General Hospital (MGH) pentru a dezvolta metoda de terapie cu protoni.În următorii 41 de ani, programul a fost modernizat și îmbunătățit.9.116 pacienți au fost tratați până la închiderea ciclotronului în 2002.
În URSS, un fascicul de protoni terapeutic cu o energie de până la 200 MeV a fost obținut la sincrociclotronul Institutului Comun de Cercetare Nucleară (Dubna) în 1967. Faza a fost condusă către o sală de tratament specializată atașată corpului sincrociclotronului, unde a fost amplasat un scaun rotativ pentru fixarea pacientului, dozimetric, reglaj și alte echipamente auxiliare destinate controlului expunerii pacienților [4] .
În Statele Unite, în 1990, în Loma Linda, California, a fost construit un centru clinic specializat pentru terapie cu protoni (Loma Linda University Medical Center (LLUMC), recent redenumit Centrul de terapie cu protoni James Slater, Centrul pentru terapie cu protoni James M. Slater.
Apoi a venit Centrul de Terapie cu Protoni de Nord-Est de la Spitalul General Massachusetts (renumit recent Centrul de Terapie cu Protoni Francis H. Burr). În perioada 2001 și 2002, toate programele terapeutice HCL au fost mutate aici.
Metoda permite țintirea precisă a tumorii și distrugerea acesteia la orice adâncime a corpului. Țesuturile din jur suferă daune minime. Din acest motiv, terapia cu protoni este deosebit de bună pentru anumite tipuri de tumori, unde radioterapia convențională provoacă leziuni inacceptabile țesuturilor înconjurătoare. Acest lucru este deosebit de important în tratamentul copiilor, când expunerea prelungită duce la tumori secundare care apar cu doze excesive de radiații. Datorită dozei mai mici pe țesuturile sănătoase, protonii creează mult mai puține efecte secundare ale radiațiilor decât în terapia cu radiații convențională.
Se pare că logica utilizării terapiei cu protoni în tratamentul celor mai frecvente tipuri de cancer (ex. pulmonar, intracranian, cervical etc.) este similară cu cea a chirurgiei ca terapie locală supremă. Cu toate acestea, acest lucru nu este chiar adevărat. Celulele canceroase sunt capabile să se răspândească în cantități microscopice de la locul tumorii în stadiile incipiente ale bolii.
Din punct de vedere istoric, a existat un domeniu în care terapia cu protoni a avut un avantaj incontestabil: melanomul malign coroidian , deoarece în această boală singura metodă a fost îndepărtarea ochiului. Astăzi, terapia cu protoni este capabilă să vindece această tumoră fără mutilare. Tratamentul cu protoni al tumorilor oculare este efectuat în Sacramento, la Universitatea din California Davis, care este operat de Departamentul de Oncologie Radiațională de la Universitatea din California. Se estimează că peste 44.000 de pacienți au fost tratați cu terapie cu protoni cu rezultate pozitive. Din 1984, aproximativ 5.000 de pacienți cu tumori oculare au fost tratați în Elveția la Institutul Paul Scherer.
Iradierea cu protoni a făcut progrese impresionante în tratamentul multor tipuri de cancer, inclusiv cancerul cerebral, cancerul coloanei vertebrale și cancerul de prostată. Unii cercetători au sugerat că antiprotonii pot fi chiar mai eficienți în lupta împotriva celulelor canceroase. Până acum, însă, doar etapa inițială a cercetării asupra structurilor celulare a fost finalizată.
Terapia cu protoni a folosit până acum echipamente foarte masive și grele, cântărind sute de tone. Deci, de exemplu, sincrociclotronul centrului terapeutic din Orsay (Franța) are o masă totală de 900 de tone. Anterior, astfel de echipamente erau disponibile numai în centrele fizice pentru studiul particulelor elementare; în raport cu Orsay, a fost necesară transformarea mașinii pentru experimente fizice într-una medicală.
O barieră în calea utilizării pe scară largă a protonilor pentru tratamentul cancerului este dimensiunea și costul echipamentului de ciclotron sau sincrociclotron necesar. Massachusetts Institute of Technology (MIT), în colaborare cu o echipă de producători, dezvoltă un sistem accelerator relativ compact pentru iradierea pacienților cu protoni. De îndată ce această tehnologie este depanată și dacă sunt atinse dozele în țesuturi necesare pentru o terapie eficientă, este posibilă o creștere semnificativă a numărului de astfel de instalații. Astfel, spitalele deja menționate din St. Louis, Missouri și două spitale din Florida plănuiesc să achiziționeze aceste unități. Centrul orașului Oklahoma plănuiește să folosească un ciclotron IBA.
Până în prezent, a fost lansat Institutul Midwest pentru Terapie cu Protoni de la Universitatea Indiana. În vara anului 2006, au mai fost lansate două centre medicale: Centrul comercial Proton Cancer Center, numit după A.I. M.D. Anderson la Universitatea din Texas, Houston, Texas, și la Institutul de Terapie cu Protoni de la Universitatea din Florida din Jacksonville, Florida. (Acest institut din urmă este unic prin faptul că este situat pe suprafața pământului. În toate centrele construite înainte de aceasta, ciclotronul de protoni a fost amplasat în subteran pentru a oferi protecție împotriva radiațiilor. În Florida, panza freatică este foarte înaltă, deci acceleratorul camera a fost ridicată la suprafață și pereții au fost măriți în grosime până la 5,5 metri în unele zone pentru o protecție fiabilă împotriva radiațiilor.)
Universitatea din Pennsylvania este programată să deschidă cel mai mare institut de terapie cu protoni din lume (Centrul de terapie cu protoni Roberts de la Centrul Perelman pentru Medicină Avansată) în 2009. Ultimele trei clădiri au fost proiectate de firma de arhitectură Tsoi/Kobus & Associates, iar echipamentul pentru terapie cu protoni este furnizat de Ion Beam Applications (IBA).
În iulie 2007, DuPage Central Hospital (CDH) din Winfield, Illinois și-a anunțat intenția de a intra într-o societate în comun cu ProCure Treatment Centers Inc. și Radiation Oncology Consultants, Ltd. cu scopul de a organiza tratamentul bolnavilor de cancer din Illinois. Se așteaptă ca pacienții să înceapă tratamentul la CDH în 2010. Într-un parteneriat similar, ProCure construiește un centru de terapie cu protoni în Oklahoma City, Oklahoma, programat să se deschidă în 2009-2010. Ambele instituții achiziționează echipamente de la IBA.
În februarie 2019, conform PTCOG (Particle Therapy Co-Operative Group), în lume funcționau 92 de acceleratoare de protoni, inclusiv instalații în institute de cercetare, utilizate pentru tratarea bolilor. Majoritatea lucrează în SUA (31), Japonia (20) și Germania (8) [6] .
În Rusia, până de curând, au fost efectuate studii clinice foarte limitate pe baza iradiatoarelor multifuncționale ale centrelor de cercetare fizică. Astfel, terapia cu protoni a fost dezvoltată pe baza ITEP (Moscova), RNTsRHT (pe baza B.P. Konstantinov PNPI , Gatchina, regiunea Leningrad), JINR (Dubna). Aceste trei centre au putut accepta doar aproximativ 1% din toți cei care au nevoie de acest tip de tratament. . În 2018, în total, centrele rusești de terapie cu protoni nu pot trata mai mult de 1.150 de pacienți pe an. Costul tratamentului este disponibil doar pentru partea foarte bogată a populației [7] .
Din 2020, terapia cu fascicul de protoni pentru tratamentul bolilor oncologice a fost inclusă în lista tipurilor de îngrijiri medicale de înaltă tehnologie finanțate din Fondul Federal de Asigurări Medicale Obligatorii [8] .
La sfârșitul lunii noiembrie 2015 [9] la A.F. Tsyba, Obninsk , tratamentul pacienților a fost început la unitatea de terapie cu protoni din Protvino [10] [11] . La sfârșitul lunii martie 2016, la Obninsk a avut loc lansarea fizică a complexului de protoniterapie Prometheus [12] [13] [14] . Până în noiembrie 2016, medicii MRRC le-au. A.F. Tsyba a tratat peste 60 de pacienți (s-au efectuat aproximativ 2000 de ședințe de iradiere a tumorilor capului și gâtului) cu fascicul de protoni la complexul Prometheus (primul pus în funcțiune) situat în Protvino [15] [16] [17] [ 18] [19] . Complexul de protoni existent cu o singură cabină, pe baza experienței deja acumulate, poate trata 400-500 de persoane pe an atunci când este operat în două schimburi.
În 2015, la Sankt Petersburg a început construcția primului centru clinic din Federația Rusă pentru terapie cu protoni cu un sistem rotativ portic . Investitorul privat al proiectului a fost Institutul Medical Berezin Sergey (MIBS) [20] , care a investit 7,5 miliarde de ruble în construcția și echiparea centrului. Proiectul a fost recunoscut ca fiind strategic pentru Sankt Petersburg [21] . Centrul este echipat cu un accelerator de protoni (ciclotron) fabricat de Varian Medical Systems și două săli de tratament cu un portal rotativ. În toamna anului 2017, Centrul de Terapie cu Protoni MIBS a început să accepte pacienți [22] . Capacitatea planificată este de până la 800 de persoane pe an, dintre care cel puțin jumătate sunt pacienți cu vârsta sub 18 ani. În primul an complet de funcționare (2018), Centrul de terapie cu protoni MIBS a tratat aproape 200 de persoane, dintre care peste 45% erau copii [23] .
În ianuarie 2019, Centrul Radiologic Dimitrovgrad a primit licență de stat pentru tratamentul cu protoniterapie. Debitul planificat este de 1200 de pacienți pe an [24] [25] [26] . Centrul a început să accepte pacienți pe 20 septembrie 2019 [27] [28] [29] [30] .
În Obninsk, la Centrul de Cercetare Radiologică Medicală numită după A.F. Tsyb , se lucrează la cercetarea metodelor de optimizare a terapiei cu protoni [31] .
În Protvino, regiunea Moscova, la Institutul de Fizică a Energiei Înalte , se lucrează la aspectele fundamentale ale tratamentului tumorilor radiorezistente folosind un fascicul de ioni de carbon accelerați (terapie cu carbon) [32] .
În februarie 2019, la Forumul de investiții din Rusia de la Soci, holdingul Shvabe și JSC Rusatom Healthcare au semnat un acord de înțelegere în domeniul implementării proiectelor de terapie cu hadron (protoni și ioni) [34] . În același timp, Andrey Kaprin , director general al Centrului Național de Cercetare Medicală pentru Radiologie, oncolog șef independent al Ministerului Sănătății din Rusia , a spus că oncologia rusă va dezvolta producția internă de unități de radiații. Ca exemplu de succes, Andrey Kaprin a citat crearea primului accelerator de protoni autohton, care a început să funcționeze în 2017 la Centrul de Cercetări Radiologice Medicale care poartă numele N.N. A. F. Tsyba din Obninsk (filiala Centrului Național de Cercetare Medicală pentru Radiologie) [35] .
O nouă metodă de creștere a eficienței biologice a unui fascicul de protoni medical a fost propusă și este studiată la JINR . S-a studiat efectul inhibitorilor, medicamente utilizate în clinicile de oncologie, asupra formării rupurilor duble catene ale ADN-ului în celulele umane sub iradierea cu protoni la vârful Bragg. Aplicarea metodei propuse, care conduce la o creștere a eficienței biologice a fasciculelor de protoni, reunește semnificativ domeniile de utilizare a acceleratorilor de protoni și carbon în scopuri terapeutice [36] .
Din mai 2017, încă șapte instalații Prometheus sunt asamblate în Protvino , dintre care șase sunt destinate expedierii în străinătate [37] [38] .
Conform estimărilor conservatoare actuale, 20% dintre toți pacienții care necesită tratament cu radiații vor beneficia semnificativ de utilizarea terapiei cu protoni. Pentru Rusia, aceasta înseamnă aproximativ 50.000 de pacienți pe an. Dar, din moment ce până acum, la nivelul medicinei bazate pe dovezi, nu au fost definite localizări în care terapia cu protoni ar fi recunoscută ca o alegere necontestată, fiecare stat, pe baza capacităților sale financiare, își formează propria listă de neoplasme în care utilizarea de protonterapie va fi plătită din buget.
- [39]În Rusia, au existat planuri de a construi centre de terapie cu protoni la Moscova, la spital. Botkin (înghețat în 2013 [40] ), în Protvino și Pușchino (regiunea Moscova). Reconstrucția centrului de protoniterapie de la PNPI (Gatchina, regiunea Leningrad) este în curs de desfășurare [41] . Este planificată punerea în funcțiune a Complexelor de Terapie cu Protoni (PPT) la Institutul de Cercetare Nucleară al Academiei Ruse de Științe din Troitsk lângă Moscova și pe baza Centrului Clinic Siberian al FMBA din Krasnoyarsk [42] .
În iulie 2019, ziarul RBC a anunțat începerea proiectului de construcție pentru cel mai mare centru multifuncțional de medicină nucleară din lume din regiunea Leningrad de către întreprinderea de medicină SOGAZ [43] .
În SUA, terapia cu protoni câștigă acceptare, progres și potențial de creștere. Există planuri de a construi mai multe centre noi în SUA, dintre care majoritatea necesită investiții cuprinse între 120 de milioane de dolari și 200 de milioane de dolari:
10 noiembrie 2009 la Heidelberg (Germania) a fost deschis Centrul de Terapie cu fascicul de ioni - cea mai mare unitate tehnică din lume în scopuri medicale. Suprafața totală a centrului este de peste 5000 m², costul estimat este de aproximativ 119 milioane de euro.
În 2012, la Praga, Republica Cehă, a fost deschis Centrul de Terapie cu Protoni pentru Cancer, specializat în tratamentul bolnavilor de cancer folosind o metodă de iradiere cu fascicul de protoni de înaltă precizie. Centrul dispune de 5 săli de radioterapie, inclusiv o sală pentru tratamentul tumorilor oculare. Mai mult
În ianuarie 2020, s-a știut că primul Centru pentru Carbon, sau Carbon Therapy din Rusia și Europa de Est, va fi construit în regiunea Leningrad. Grupul de clinici „SOGAZ MEDICINE” în cooperare cu SA „NOMEKO” lucrează la crearea acestuia. Complexul medical, care va fi construit până la sfârșitul anului 2021, va putea trata toate tipurile de cancer. La urma urmei, aici va fi prezentată întreaga gamă a terapiei ionice: de la proton la carbon [44] [45] .
La sfârșitul lunii iulie 2021, guvernul rus a anunțat alocarea a aproape 4,7 miliarde de ruble pentru crearea unui centru clinic standard pentru terapie ionică la Institutul de fizică a energiei înalte din orașul Protvino din regiunea Moscova și alte 1,83 miliarde de ruble. pentru crearea unui complex de terapie cu fascicul de protoni bazat pe Institutul Kurchatov [46] .
Următoarele firme furnizează sau dezvoltă în prezent echipamente pentru terapie cu protoni:
Tehnologii nucleare | |||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|
Inginerie | |||||||
materiale | |||||||
Energia nucleară |
| ||||||
Medicina nucleara |
| ||||||
Arme nucleare |
| ||||||
|