El físico médico Dr. Aswin Hoffmann y su equipo del Instituto de Radiooncología - OncoRay en Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf HZDR son los primeros investigadores en todo el mundo en combinar imágenes de resonancia magnética MRI con un haz de protones, lo que demuestraque, en principio, este método de imagen utilizado comúnmente puede funcionar con tratamientos contra el cáncer de haz de partículas. Esto abre nuevas oportunidades para una terapia dirigida contra el cáncer que ahorra tejido sano. Los investigadores han publicado sus resultados en la revista Física en medicina y biología .
La radioterapia ha sido durante mucho tiempo parte de la práctica de tratamiento oncológico estándar. Una cantidad específica de energía, llamada dosis, se deposita en el tejido tumoral donde dañará el material genético de las células cancerosas, evitando su división e idealmente, destruyéndolasLa forma más comúnmente utilizada de radioterapia en la actualidad se llama terapia de fotones, que utiliza rayos de rayos X de alta energía. Aquí, una parte sustancial del haz penetra en el cuerpo del paciente, mientras deposita una dosis nociva en el tejido sano que rodea el tumor.
núcleos atómicos como armas contra el cáncer
Una alternativa es la radioterapia con núcleos atómicos cargados, como los protones. La profundidad de penetración de estas partículas depende de su energía inicial. Liberan su dosis máxima al final de su trayectoria. No se depositará ninguna dosis más allá de esta llamada"Pico de Bragg". El desafío para los médicos que administran este tipo de terapia es controlar el haz de protones para que coincida exactamente con la forma del tejido tumoral y así ahorrar la mayor cantidad posible de tejido normal circundante. Antes del tratamiento, realizan una xde tomografía computarizada TC basada en rayos para seleccionar su volumen objetivo.
"Esto tiene varias desventajas", dice Hoffmann. "En primer lugar, el contraste de los tejidos blandos en las tomografías computarizadas es pobre, y en segundo lugar, la dosis se deposita en el tejido sano fuera del volumen objetivo". Además de esto, el protónLa terapia es más susceptible al movimiento de los órganos y a los cambios anatómicos que la radioterapia con rayos X, lo que perjudica la precisión de la orientación cuando se tratan tumores móviles. En la actualidad, no existe una forma directa de visualizar el movimiento del tumor durante la irradiación. Ese es el mayor obstáculo cuandollega a usar la terapia de protones. "No sabemos exactamente si el haz de protones golpeará el tumor según lo planeado", explica Hoffmann. Por lo tanto, los médicos de hoy en día tienen que usar grandes márgenes de seguridad alrededor del tumor ". Pero eso daña más a los sanostejido de lo que sería necesario si la radiación fuera más específica. Eso significa que todavía no estamos explotando todo el potencial de la terapia de protones ".
Primer prototipo para terapia de partículas guiada por MR
Hoffmann y su equipo quieren cambiar eso. En cooperación con el fabricante belga de equipos de terapia de protones IBA Ion Beam Applications SA, el objetivo de su grupo de investigación es integrar la terapia de protones y la resonancia magnética en tiempo real. A diferencia de los rayos X o CTEn la imagenología, la IRM ofrece un excelente contraste de tejidos blandos y permite una imagen continua durante la irradiación. "Ya existen dos dispositivos híbridos de este tipo para uso clínico en la terapia de fotones guiada por MR; pero ninguno existe para la terapia de partículas".
Esto se debe principalmente a las interacciones electromagnéticas entre el escáner de resonancia magnética y el equipo de terapia de protones. Por un lado, los escáneres de resonancia magnética necesitan campos magnéticos altamente homogéneos para generar imágenes geométricamente precisas. Por otro lado, se genera el haz de protones.en un ciclotrón, un acelerador circular en el que los campos electromagnéticos fuerzan las partículas cargadas en una trayectoria circular y las aceleran.El haz de protones también es dirigido y formado por imanes, cuyos campos magnéticos pueden interferir con el campo magnético homogéneo del escáner de resonancia magnética.
"Cuando lanzamos el proyecto hace tres años y medio, muchos colegas internacionales se mostraron escépticos. Pensaron que era imposible operar un escáner de resonancia magnética en un haz de protones debido a todas las perturbaciones electromagnéticas", explica Hoffmann. "Sin embargo, estábamoscapaz de mostrar en nuestros experimentos que un escáner de resonancia magnética puede funcionar en un haz de protones. Las imágenes en tiempo real de alto contraste y la dirección precisa del haz de protones no son mutuamente excluyentes ". Muchos expertos predijeron que se produciría otra dificultad por el comportamiento del haz de protones: cuando está eléctricamenteLas partículas cargadas se mueven en el campo magnético de un escáner de resonancia magnética, las fuerzas de Lorentz desviarán el haz de su trayectoria recta. Sin embargo, aquí, también, los investigadores pudieron demostrar que esta desviación se puede anticipar y así corregir.
Centro de competencia con un ciclotrón y una gran sala experimental
Para explorar estas interacciones mutuas, Hoffmann y su equipo utilizaron la sala experimental en el Centro Nacional de Investigación de Radiación en Oncología - OncoRay. Esta plataforma de investigación conjunta operada por HZDR, TU Dresden y el Hospital Universitario Carl Gustav Carus fue fundada en 2005 comoun innovador centro de excelencia. Desde que se estableció la UPTD University Proton Therapy Dresden en 2014, los pacientes han estado recibiendo terapia de protones en las instalaciones de OncoRay. Hoy, más de 120 científicos en OncoRay realizan investigaciones sobre enfoques y tecnologías innovadoras para la radioterapia.
"Nuestra misión es individualizar la terapia de protones biológicamente y optimizarla tecnológicamente hacia sus límites físicos", dice Hoffmann, jefe del grupo de investigación sobre radioterapia guiada por MR en el HZDR. OncoRay tiene su propio ciclotrón para administrar el haz de protonestanto en la sala de terapia como en la sala experimental. Hoffmann y sus colegas utilizaron esta última para sus actividades de investigación. Con el apoyo de IBA y la Unidad de RM Paramétrica de ASG Superconductors SpA, instalaron un escáner de RM abierto en el camino de lahaz de protones, realizando el primer prototipo del mundo de terapia de partículas guiada por MR. "Tenemos la suerte de tener una sala experimental lo suficientemente grande como para acomodar un escáner de resonancia magnética. Esa es una de las características únicas de OncoRay".
Fantasma de rodilla, salchicha mixta y desvío predecible
Para sus experimentos con este primer prototipo, inicialmente usaron lo que se llama un fantasma de rodilla, un pequeño cilindro de plástico lleno de un líquido de contraste acuoso y una variedad de piezas de plástico de formas diferentes. Hoffmann y su equipo lo usaron para realizar análisis cuantitativos decalidad de imagen. En una segunda serie de experimentos, los investigadores utilizaron un trozo de salchicha mixta de Dresden. "Cuando el grupo de investigación holandés estudió la imagen para su dispositivo de fotón guiado por MR en 2009, utilizaron chuleta de cerdo", dice Hoffmann.En 2016, los investigadores australianos demostraron su dispositivo de terapia de fotones MR en un filete de canguro. Como también queríamos ser regionales para nuestro prototipo en terapia de partículas guiada por MR, utilizamos salchichas mixtas Dresden ". Tanto la serie de experimentos con el fantasma como conla salchicha mostró que los campos magnéticos de la terapia de protones no distorsionan la imagen. Simplemente causan cambios menores en la imagen de MR, que pueden corregirse.
El proyecto está entrando actualmente en su próxima fase. El objetivo es desarrollar el primer prototipo del mundo para la terapia de partículas guiada por MR que sea aplicable para uso clínico.
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Materiales proporcionado por Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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