Radiodynamisk terapi: utnyttja ljus för att förbättra cancerbehandlingar – Physics World

Radiodynamisk terapi: utnyttja ljus för att förbättra cancerbehandlingar – Physics World

Tidsstämpel: 2 augusti 2023 8:00

PET-skanningar av en kontrollmus och en mus efter radiodynamisk terapi
Visualisera RDT-effektivitet PET-skanningar av en kontrollmus (A) och en mus behandlade med radiodynamisk terapi (B), en vecka efter behandlingen. Pilarna indikerar de primära tumörställena; de prickade cirklarna indikerar metastaser. (Med tillstånd: DM Yang et al. Biomed. Phys. Eng. uttrycka 10.1088/2057-1976/ac9b5c)

Tumörer kan förstöras på många sätt. Strålbehandling använder strålar av joniserande strålning för att skada DNA och förstöra tumörceller. Ett mindre vanligt tillvägagångssätt är fotodynamisk terapi, som använder ett ljusaktiverat läkemedel för att döda cancerceller via mitokondriell skada. Sedan finns det den framväxande tekniken för radiodynamisk terapi (RDT).

"Radiodynamisk terapi är kombinationen av strålbehandling plus fotodynamisk terapi," förklarade Charlie Ma från Fox Chase Cancer Center, talade nyligen AAPM årsmöte.

Fotodynamisk terapi använder vanligtvis synligt laserljus för att aktivera ett ljuskänsligt läkemedel som företrädesvis är lokaliserat i tumörceller. Det aktiverade läkemedlet genererar starkt cytotoxiskt singlettsyre som orsakar celldöd. Den begränsade penetrationen av laserljus i vävnad gör dock att tekniken främst används för att behandla ytliga tumörer eller platser med endoskopisk tillgång. För att behandla djupt sittande tumörer som fotodynamisk terapi inte kan nå, använder RDT högenergifotonstrålar för att aktivera fotosensibilisatorn.

"I RDT använder vi 20 till 30 procent av dosen från strålbehandling," förklarade Ma. "Och då använder vi också Cherenkov-ljuset." Han noterade att denna Cherenkov-strålning, som genereras under strålbehandling när behandlingsstrålen interagerar med patientens vävnad, kommer att ha en nästan identisk ljusfördelning som den terapeutiska stråldosfördelningen och kan därför enkelt planeras.

Förutom att ackumuleras i den primära tumören kommer läkemedlet också att absorberas av distribuerade metastatiska celler, som kan dödas med en mycket låg dos Cherenkov-ljus. "Nu för första gången gör RDT strålbehandling inte bara lokal och regional, utan en systemisk behandlingsteknik," sa Ma.

Teamet på Fox Chase använder ett läkemedel som kallas 5-aminolevulinsyra (5-ALA) för RDT. 5-ALA tas upp av mitokondrierna i cancerceller, med 10 till 20 gånger större upptag i tumörer än i normala vävnader. Väl inne i en cancercell metaboliseras 5-ALA till protoporfyrin IX (PpIX), en fotosensibilisator med en absorptionsspektrumtopp vid cirka 380–430 nm. Detta är inte idealiskt för det röda laserljuset som ofta används för fotodynamisk terapi. Det är dock en bra match för Cherenkov-absorptionstoppen vid 370–430 nm.

Prekliniskt bevis

Under de senaste åren har Ma och hans team utfört många prekliniska studier med olika tumörcellinjer och olika strålningsenergier. Han delade med sig av några resultat från en stor studie (flera hundra djur) som utvärderade RDT av tumörbärande möss med hjälp av 100 mg/kg 5-ALA och 6, 15 eller 45 MV fotonbestrålning.

Ma noterade att tumören var mycket aggressiv, med enbart 4 Gy strålbehandling som bara dödade cirka 10% av tumörcellerna. Dessutom ökade RDT vid 6 MV inte signifikant den terapeutiska effekten. "Det är därför folk oroade sig för att Cherenkovs ljus inte är tillräckligt," noterade han. "Men med 15 och 45 MV ser du mycket mer tumörtillväxtfördröjning. Vi studerar fortfarande varför det sker denna dramatiska förändring på grund av energi, vi måste hitta den exakta mekanismen bakom det."

Teamet använde PET för att visualisera tumörkrympning efter RDT. En vecka efter behandling hade tumörer hos kontrollmöss växt och metastaserats, medan de som behandlades med RDT hade mycket mindre lesioner och inga metastaser. Ma beskrev också en studie av en mycket aggressiv sköldkörtelcancer hos kaniner. En vecka efter 3 Gy strålbehandling växte tumören fortfarande. "Men om vi använder RDT vid 3 Gy med 5-ALA, sågs inte tumören på PET-bilderna." Han betonade att PET är ett utmärkt sätt att utföra tidig behandlingsutvärdering och kan hjälpa till att avgöra om RDT skulle vara effektivt hos en patient eller inte.

Fox Chase genomför nu en klinisk prövning på RDT, där den första fasen av studien undersöker dosökning (både stråldos och läkemedelsdos) i sent stadium av tumörer. Denna fas har nu nått den slutliga dosnivån med bara tre patienter kvar, sa Ma och påpekade att hittills inte hade några toxiciteter inträffat i några fall. På andra ställen undersöker en andra RDT-studie vid universitetssjukhuset Münster patienter med ett första återfall av glioblastom.

Verkliga fall

Slutligen presenterade Ma resultat från ett antal verkliga fall. "Ni kommer att bli glada över att se dessa," sa han till publiken och noterade att "vanligtvis tror folk inte att det fungerar om du inte har en månads bildbehandling med CT, MR eller PET".

I det första exemplet, en behandling av levermetastaser, visade han att en månad efter RDT visade PET-avbildning att inga tumörer fanns kvar. Därefter presenterade han ett fall av lungcancer med metastaser: "du kan se mycket dramatiska resultat med tumörer inaktiverade efter RDT," sa han.

Andra framgångsrika RDT-behandlingar inkluderade en matstrupscancer, en lungtumör med flera benmetastaser och en patient som hade misslyckats med kemoterapi men hade ett bra svar tre dagar efter RDT. Ma noterade att de flesta av patienterna hade cancer i sent skede och hade misslyckats med andra behandlingar. "Vi ser en effekt, så förhoppningsvis kan vi förbättra deras överlevnad", tillade han.

"RDT kan vara en lokal, regional och systemisk behandling som kombinerar strålbehandling och fotodynamisk terapi," avslutade Ma. "Vi har många vitro och in vivo- experiment för att visa dess terapeutiska potential, och även om kliniska prövningar är få, hoppas jag att vi kommer att få fler resultat i framtiden och göra detta till något riktigt användbart."

Tidsstämpel:

Mer från Fysikvärlden