ลำแสงกัมมันตภาพรังสีให้มุมมองแบบเรียลไทม์ของการรักษามะเร็งในหนู

ลำแสงอนุภาคที่กำจัดมะเร็งถูกจับได้

ลำแสงอนุภาคสามารถปล่อยพลังงานทำลายล้างโดยตรงไปยังเนื้องอก โดยสมมติว่าลำแสงอยู่ในตำแหน่งที่ถูกต้อง ขณะนี้ นักวิทยาศาสตร์ได้ใช้ลำแสงกัมมันตภาพรังสีเพื่อระบุตำแหน่งของลำแสงขณะรักษาเนื้องอกในหนู นับเป็นความสำเร็จครั้งแรกการรักษาเนื้องอกด้วยลำแสงกัมมันตภาพรังสีนักวิทยาศาสตร์รายงานในรายงานที่ส่งมาเมื่อวันที่ 23 กันยายนที่ arXiv.org

เทคนิคนี้อาจทำให้นักวิทยาศาสตร์สามารถรักษาผู้ป่วยมนุษย์ด้วยความแม่นยำระดับมิลลิเมตรได้ในที่สุด ซึ่งมีความสำคัญอย่างยิ่งเมื่อเนื้องอกตั้งอยู่ติดกับอวัยวะที่บอบบาง เช่น ไขสันหลัง หรือก้านสมอง

รังสีชนิดต่างๆสามารถรักษามะเร็งได้ ที่พบบ่อยที่สุดคือรังสีเอกซ์ซึ่งเป็นแสงพลังงานสูงที่สามารถทำลาย DNA ในเซลล์เนื้องอกได้ แต่รังสีเอกซ์สะสมพลังงานไว้ตลอดเส้นทางของลำแสง ส่งผลให้เกิดความเสียหายต่อส่วนอื่น ๆ ของร่างกาย การกำหนดเป้าหมายเนื้องอกที่แม่นยำยิ่งขึ้นสามารถทำได้ด้วยอนุภาค เช่น โปรตอนหรือไอออน ซึ่งเป็นอะตอมที่มีประจุไฟฟ้า ซึ่งจะถ่ายโอนพลังงานส่วนใหญ่ไปไว้ที่จุดเดียว

ปัจจุบันการบำบัดด้วยไอออนดำเนินการในศูนย์มากกว่าหนึ่งโหลทั่วโลก การบำบัดเหล่านั้นใช้ไอออนที่ไม่มีกัมมันตภาพรังสีที่เสถียร ซึ่งโดยทั่วไปคือคาร์บอน-12 ซึ่งเป็นคาร์บอนหลากหลายชนิดที่มีโปรตอน 6 ตัวและนิวตรอน 6 ตัวในนิวเคลียส อนุภาคในลำแสงจะดึงอิเล็กตรอนออกไป ทำให้เกิดประจุบวก

เนื้องอกมีเป้าหมายโดยอาศัยการคำนวณว่าลำแสงจะทะลุได้ลึกแค่ไหน ควบคู่ไปกับการคำนวณก่อนหน้านี้ตัวอย่างเช่น การสแกน CT (SN: 12/10/21- แต่ร่างกายไม่แข็งทื่อ และอวัยวะต่างๆ สามารถสลับไปมาระหว่างการถ่ายภาพและการรักษาได้ ตามหลักการแล้ว ตำแหน่งของลำแสงจะได้รับการยืนยันแบบเรียลไทม์ นั่นเป็นเพียงสิ่งที่เทคนิคใหม่อนุญาต

“ถ้าคุณใช้ไอออนกัมมันตภาพรังสี คุณสามารถฆ่าเนื้องอกและมองเห็นลำแสงไปพร้อมๆ กัน” Marco Durante นักฟิสิกส์จาก GSI Helmholtz Center for Heavy Ion Research ในเมืองดาร์มสตัดท์ ประเทศเยอรมนี กล่าว

ดูรันเตและเพื่อนร่วมงานใช้ไอออนของคาร์บอน-11 ซึ่งมีนิวตรอนในนิวเคลียสของอะตอมน้อยกว่าไอออนของคาร์บอน-12 หนึ่งตัว ทำให้พวกมันมีกัมมันตภาพรังสี เมื่อคาร์บอน-11 สลายตัว มันจะปล่อยโพซิตรอน ซึ่งเป็นคู่ปฏิสสารที่มีประจุบวกของอิเล็กตรอน นักวิทยาศาสตร์สามารถตรวจพบโพซิตรอนที่ทำลายล้างด้วยอิเล็กตรอนในร่างกายผ่านทางหรือสัตว์เลี้ยง (SN: 2/13/57- นั่นระบุตำแหน่งที่ลำแสงทิ้งอนุภาคของมัน

ในการศึกษานี้ นักวิทยาศาสตร์ใช้ไอออนคาร์บอน-11 ในการรักษาหนูที่มีเนื้องอกใกล้กระดูกสันหลัง นักวิทยาศาสตร์สามารถตรวจสอบตำแหน่งของลำแสงในระหว่างการรักษาและยืนยันได้ว่าตรงจุด แน่นอนว่าการรักษาทำให้เนื้องอกหดตัวลง

นักวิทยาศาสตร์ได้ลองใช้ PET เพื่อวัดตำแหน่งของลำไอออนที่เสถียรแล้ว ไอออนที่เสถียรจะไม่ปล่อยโพซิตรอน แต่นิวเคลียสของอะตอมที่เสถียรบางส่วนจะแตกสลายเมื่อพวกมันผ่านวัสดุ ชิ้นส่วนเหล่านั้นสามารถสร้างไอออนกัมมันตภาพรังสีที่ปล่อยโพซิตรอนออกมาเมื่อสลายตัว แต่เทคนิคนี้ทำได้ยากเนื่องจากจำนวนอนุภาคดังกล่าวมีน้อย

ด้วยลำแสงไอออนกัมมันตภาพรังสี โพซิตรอนจำนวนมากจะถูกปล่อยออกมา “นั่นทำให้ [คุณ] ได้ภาพที่คมชัดและสวยงามมากของจุดที่อนุภาคหยุด” มิตรา ซาฟาวี-นาเอนี นักฟิสิกส์ด้านรังสีจากองค์การวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีนิวเคลียร์แห่งออสเตรเลียในซิดนีย์ ซึ่งไม่ได้เกี่ยวข้องกับการวิจัยกล่าว

เทคนิคนี้ยังช่วยให้นักวิทยาศาสตร์เข้าใจว่าสารกัมมันตรังสีเคลื่อนที่ผ่านร่างกายได้อย่างไรหลังการบำบัดด้วยไอออน Safavi-Naeini กล่าว อนุภาคกัมมันตภาพรังสีจะถูกชะล้างออกจากตาวัวของลำแสงโดยเลือดที่ไหลผ่านร่างกาย สิ่งนี้จะกระจายสัญญาณโพซิตรอนออกไปเมื่อเวลาผ่านไป ปริมาณของการชะล้างนี้สามารถช่วยให้นักวิทยาศาสตร์เข้าใจว่าหลอดเลือดถูกทำลายโดยการรักษาหรือไม่ ซึ่งจะตัดการจัดหาพลังงานของเนื้องอก สิ่งนี้สามารถช่วยให้นักวิทยาศาสตร์เข้าใจวิธีที่ดีที่สุดในการใช้ลำแสงอนุภาคเพื่อให้แน่ใจว่ามะเร็งจะมรณะ