В ОИЯИ подтвердили преимущества флэш-терапии опухолей

В ходе исследования, проведенного в  Лаборатории ядерных проблем ОИЯИ, ученые подтвердили, что использование флэш-режима в радиотерапии поможет сберечь окружающие опухоль здоровые ткани.

Результаты эксперимента показали большую выживаемость клеток при облучении протонами во флэш-режиме, в отличие от облучения при стандартных мощностях доз. Эксперимент проводился на установке ЛЯП – фазотроне – с образованием высокоинтенсивного протонного пучка. По мнению ученых, данное исследование поможет в развитии методов радиотерапии в будущем, а также приблизит их к пониманию механизма действия флэш-эффекта.

Основная проблема лучевой терапии в том, что она может наносить вред окружающим опухоль здоровым тканям. Поэтому подводимая к опухоли доза ограничивается ее токсичностью для близлежащих здоровых биологических структур. Это может привести к снижению эффективности проводимой лучевой терапии и неполному уничтожению опухоли. Для уменьшения частоты возникновения радиационно-индуцированных побочных эффектов можно применять фракционирование дозы, то есть ее разделение на несколько сеансов. Также можно усовершенствовать способы доставки дозы в опухоль. Однако сегодня все большее значение придается флэш-терапии.

Флэш-терапия — инновационный метод облучения, основанный на одноименном явлении – флэш-эффекте. Смысл метода в том, что вся лечебная доза подводится к патологическому очагу за очень короткое время – порядка нескольких десятков миллисекунд. В таком режиме облучения уменьшается степень повреждения нормальных тканей, окружающих опухоль и попадающих под действие излучения, в то же время воздействие на раковые клетки сохраняется практически на прежнем уровне, что улучшает перспективу локального контроля опухоли при меньшей частоте возникновения побочных эффектов.

В настоящее время получены определенные результаты, в частности, показано, что флэш-терапия эффективно снижает токсичность в легких, кишечнике, головном мозге и коже лабораторных животных, а также позволяет сохранять противоопухолевый эффект в раковых клетках. При этом флэш-терапия на пучках электронов в первую очередь подходит для поверхностных опухолей (например, рака кожи), тогда как с помощью протонной флэш-терапии можно лечить глубоко расположенные новообразования. Это связано с тем, что протоны отличаются отсутствием рассеяния излучения в теле и возможностью торможения пучка на заданной глубине. При этом с глубиной проникновения плотность энергии возрастает, величина поглощенной дозы увеличивается, достигая так называемого пика Брэгга – максимума в конце пробега частиц.

Пилотные работы по исследованию флэш-эффекта были начаты в ОИЯИ еще в 2020 году. С этой целью на фазотроне был сформирован высокоинтенсивный, однородный в сечении, протонный пучок. Были также спроектированы, изготовлены и успешно испытаны две ионизационные камеры для мониторинга интенсивности пучка и измерения его горизонтального и вертикального профилей, разработано программное обеспечение для экспресс-обработки отсканированных изображений с радиохромных пленок, запечатлевающих профили пучка. Все это позволило начать проведение исследований флэш-эффекта при облучении как клеточных культур, так и малых лабораторных животных (мышей, крыс). В настоящее время группа ученых ОИЯИ завершили большую работу — по изучению выживаемости культуры клеток карциномы легкого человека линии А549 после облучения протонным пучком.

Клетки карциномы легкого человека линии А549 были взяты в банке клеточных культур Санкт-Петербурга и использовались учеными ОИЯИ в качестве модели. Для проведения эксперимента были выбраны именно опухолевые клетки, так как они легко культивируются in vitro и являются удобной моделью для изучения радиобиологических эффектов.

Облучение культуры клеток проводилось на протонном пучке 660 МэВ фазотрона ЛЯП ОИЯИ методом «напролет» (то есть с фиксированной энергией выведенного пучка) в двух режимах: стандартном, при мощности дозы около 0,1 Гр/с, и во флэш-режиме, при мощности дозы 70 Гр/с. Для сравнения результатов облучения в двух разных режимах: флэш- и стандартном – изучали клоногенную выживаемость клеток линии А 549. «Для этого облученные в двух исследуемых режимах клетки высевали на чашки Петри с низкой плотностью и культивировали в стандартных условиях в течение времени, необходимого для формирования колоний, – рассказывает старший научный сотрудник отдела фазотрона ЛЯП ОИЯИ Анна Рзянина. – Это нужно, чтобы единичные клетки могли сформировать отдельно растущие колонии (предполагается, что каждая колония выросла из одной клетки). Примерно через 12-14 суток из единичных клеток формируются колонии, видимые невооруженным глазом. После окраски колоний специальными красителями можно посчитать количество выросших колоний и по специальной формуле рассчитать выживаемость клеток после облучения в исследуемых режимах.

По результатам эксперимента ученые отметили, что статистически значимое различие в двух группах образцов появилось только при больших дозах – 4 и 6 Гр, а в диапазоне доз до 2 Гр планки погрешностей пересекаются. Тем не менее, если рассматривать общую тенденцию, то отчетливо видно, что облучение протонами при сверхвысокой мощности дозы снижает выживаемость клеток меньше, чем облучение в стандартном режиме.

«Это позволяет сделать вывод, что облучения во флэш-режиме оказывается для клеток более щадящим. Поэтому дальнейшее изучение флэш-эффекта представляет огромный теоретический и практический интерес. Применение флэш-режима в радиотерапии может минимизировать повреждения здоровой ткани и сократить количество фракций облучения. Тем не менее, к настоящему времени отсутствует хорошо проработанное представление о механизме действия флэш-эффекта. Необходимы дальнейшие исследования, которые помогут прояснить его радиобиологический механизм. Также следует уделить особое внимание разработке специального оборудования и средств дозиметрии для проведения экспериментов в режиме флэш-облучения. В настоящее время над этой проблемой в ЛЯП активно работают старший научный сотрудник Алексей Агапов и научный сотрудник Константин Шипулин под руководством начальника отдела фазотрона Геннадия Мицына», – подытожила Анна Рзянина.