Radiodynamisk terapi: utnytte lys for å forbedre kreftbehandlinger – Physics World

Radiodynamisk terapi: utnytte lys for å forbedre kreftbehandlinger – Physics World

Tidsstempel: 2. august 2023 kl.8: 00

PET-skanning av en kontrollmus og en mus etter radiodynamisk terapi
Visualisere RDT-effektivitet PET-skanning av en kontrollmus (A) og en mus behandlet med radiodynamisk terapi (B), en uke etter behandling. Pilene indikerer de primære tumorstedene; de stiplede sirklene indikerer metastaser. (Med tillatelse: DM Yang et al. Biomed. Phys. Eng. Uttrykke 10.1088/2057-1976/ac9b5c)

Tumorer kan ødelegges på mange måter. Radioterapi bruker stråler av ioniserende stråling for å skade DNA og ødelegge tumorceller. En mindre vanlig tilnærming er fotodynamisk terapi, som bruker et lysaktivert medikament for å drepe kreftceller via mitokondriell skade. Så er det den nye teknikken for radiodynamisk terapi (RDT).

"Radiodynamisk terapi er kombinasjonen av stråleterapi pluss fotodynamisk terapi," forklarte Charlie Ma fra Fox Chase Cancer Center, og talte nylig AAPM årsmøte.

Fotodynamisk terapi bruker vanligvis synlig laserlys for å aktivere et lysfølsomt medikament som fortrinnsvis er lokalisert i tumorceller. Det aktiverte stoffet genererer svært cytotoksisk singlet oksygen som forårsaker celledød. Den begrensede penetrasjonen av laserlys i vev betyr imidlertid at teknikken hovedsakelig brukes til å behandle overfladiske svulster eller steder med endoskopisk tilgang. For å behandle dyptliggende svulster som fotodynamisk terapi ikke kan nå, bruker RDT høyenergi-fotonstråler for å aktivere fotosensibilisatoren.

"I RDT bruker vi 20 til 30 prosent av dosen fra strålebehandling," forklarte Ma. "Og så bruker vi også Cherenkov-lyset." Han bemerket at denne Cherenkov-strålingen, som genereres under strålebehandling når behandlingsstrålen interagerer med pasientens vev, vil ha en nesten identisk lysfordeling som den terapeutiske stråledosefordelingen og kan derfor enkelt planlegges.

I tillegg til å samle seg i primærsvulsten, vil stoffet også absorberes av distribuerte metastatiske celler, som kan drepes ved å bruke en svært lav dose Cherenkov-lys. "Nå for første gang gjør RDT strålebehandling ikke bare lokal og regional, men en systemisk behandlingsteknikk," sa Ma.

Teamet på Fox Chase bruker et medikament kalt 5-aminolevulinsyre (5-ALA) for RDT. 5-ALA tas opp av mitokondriene i kreftceller, med 10 til 20 ganger større opptak i svulster enn i normalt vev. En gang inne i en kreftcelle, metaboliseres 5-ALA til protoporfyrin IX (PpIX), en fotosensibilisator med en absorpsjonsspektrumtopp ved rundt 380–430 nm. Dette er ikke ideelt for det røde laserlyset som ofte brukes til fotodynamisk terapi. Det er imidlertid en flott match for Cherenkov-absorpsjonstoppen ved 370–430 nm.

Preklinisk bevis

I løpet av de siste årene har Ma og teamet hans utført mange prekliniske studier med forskjellige tumorcellelinjer og forskjellige strålingsenergier. Han delte noen resultater fra en stor studie (flere hundre dyr) som vurderte RDT av svulstbærende mus ved bruk av 100 mg/kg 5-ALA og 6, 15 eller 45 MV fotonbestråling.

Ma bemerket at svulsten var svært aggressiv, med 4 Gy strålebehandling alene som bare drepte omtrent 10 % av tumorcellene. I tillegg økte ikke RDT ved 6 MV den terapeutiske effekten signifikant. "Derfor var folk bekymret for at Cherenkov-lys ikke er tilstrekkelig," bemerket han. "Men med 15 og 45 MV ser du langt mer forsinkelse av tumorvekst. Vi studerer fortsatt hvorfor det er denne dramatiske endringen på grunn av energi, vi må finne den eksakte mekanismen bak det."

Teamet brukte PET for å visualisere tumorkrymping etter RDT. En uke etter behandling hadde svulster i kontrollmus vokst og metastasert, mens de som ble behandlet med RDT hadde mye mindre lesjoner og ingen metastaser. Ma beskrev også en studie av en svært aggressiv kreft i skjoldbruskkjertelen hos kaniner. En uke etter 3 Gy strålebehandling vokste svulsten fortsatt. "Men hvis vi bruker RDT ved 3 Gy med 5-ALA, ble svulsten ikke sett på PET-bildene." Han understreket at PET gir en utmerket måte å utføre tidlig behandlingsevaluering på og kan bidra til å avgjøre hvorvidt RDT vil være effektivt hos en pasient.

Fox Chase utfører nå en klinisk studie på RDT, med den første fasen av studien som undersøker doseøkning (både stråledose og medikamentdose) i svulster i sent stadium. Denne fasen har nå nådd det endelige dosenivået med bare tre pasienter igjen, sa Ma, og påpekte at det så langt ikke hadde oppstått noen toksisiteter i noen tilfeller. Andre steder undersøker en andre RDT-studie ved Universitetssykehuset Münster pasienter med et første tilbakefall av glioblastom.

Saker fra det virkelige liv

Til slutt presenterte Ma resultater fra en rekke saker fra det virkelige liv. "Dere vil bli begeistret for å se disse," sa han til publikum, og la merke til at "vanligvis tror folk ikke at det fungerer med mindre du har en måneds bildebehandling med CT, MR eller PET".

I det første eksemplet, en behandling av levermetastaser, viste han at en måned etter RDT avslørte PET-avbildning at ingen svulster var igjen. Deretter presenterte han et tilfelle av lungekreft med metastaser: "du kan se veldig dramatiske resultater med svulster deaktivert etter RDT," sa han.

Andre vellykkede RDT-behandlinger inkluderte spiserørskreft, en lungesvulst med flere benmetastaser og en pasient som hadde mislyktes med kjemoterapi, men som hadde god respons tre dager etter RDT. Ma bemerket at de fleste av pasientene hadde kreft i sent stadium og hadde mislyktes med andre behandlinger. "Vi ser en effekt, så forhåpentligvis kan vi forbedre deres overlevelse," la han til.

"RDT kan være en lokal, regional og systemisk behandling som kombinerer strålebehandling og fotodynamisk terapi," konkluderte Ma. «Vi har mange vitro og in vivo eksperimenter for å demonstrere dets terapeutiske potensial, og selv om kliniske studier er få, håper jeg at vi vil ha flere resultater i fremtiden og gjøre dette til noe virkelig nyttig."

Tidstempel:

Mer fra Fysikkens verden