La terapia con partículas es una forma de radioterapia de haz externo que utiliza haces de neutrones energéticos , protones u otros iones positivos más pesados para el tratamiento del cáncer. El tipo más común de terapia con partículas a partir de agosto de 2021 es la terapia de protones . [1]
A diferencia de los rayos X ( haces de fotones ) utilizados en la radioterapia más antigua, los haces de partículas exhiben un pico de Bragg en la pérdida de energía a través del cuerpo, administrando su dosis máxima de radiación en el tumor o cerca de él y minimizando el daño a los tejidos normales circundantes.
La terapia con partículas también se conoce más técnicamente como terapia de hadrones , excluyendo la terapia de fotones y electrones . Tampoco se considera aquí la terapia de captura de neutrones , que depende de una reacción nuclear secundaria. También se ha intentado la terapia con muones , un tipo poco común de terapia con partículas que no se encuentra dentro de las categorías anteriores; [2] sin embargo, los muones todavía se utilizan con mayor frecuencia para obtener imágenes, en lugar de terapia. [3]
La terapia con partículas funciona apuntando partículas ionizantes energéticas al tumor objetivo. [4] [5] Estas partículas dañan el ADN de las células de los tejidos y, en última instancia, provocan su muerte. Debido a su reducida capacidad para reparar el ADN, las células cancerosas son particularmente vulnerables a ese daño.
La figura muestra cómo penetran en el tejido humano haces de electrones, rayos X o protones de diferentes energías (expresadas en MeV ). Los electrones tienen un alcance corto y, por lo tanto, solo son de interés cerca de la piel (ver terapia con electrones ). Los rayos X Bremsstrahlung penetran más profundamente, pero la dosis absorbida por el tejido muestra la típica caída exponencial a medida que aumenta el espesor. En el caso de los protones y los iones más pesados, en cambio, la dosis aumenta mientras la partícula penetra en el tejido y pierde energía continuamente. Por lo tanto, la dosis aumenta al aumentar el espesor hasta el pico de Bragg que se produce cerca del final del rango de la partícula . Más allá del pico de Bragg, la dosis cae a cero (para protones) o casi a cero (para iones más pesados).
La ventaja de este perfil de deposición de energía es que se deposita menos energía en el tejido sano que rodea al tejido objetivo. Esto permite prescribir dosis más altas al tumor, lo que teóricamente conduce a una tasa de control local más alta, además de lograr una tasa de toxicidad baja. [6]
Los iones se aceleran primero mediante un ciclotrón o sincrotrón . La energía final del haz de partículas emergente define la profundidad de penetración y, por tanto, la ubicación de la deposición máxima de energía. Dado que es fácil desviar el haz mediante electroimanes en dirección transversal, es posible emplear un método de escaneo rasterizado , es decir, escanear el área objetivo rápidamente como el haz de electrones escanea un tubo de televisión. Si además se varía la energía del haz y, por tanto, la profundidad de penetración, se puede cubrir un volumen objetivo completo en tres dimensiones, proporcionando una irradiación que sigue exactamente la forma del tumor. Ésta es una de las grandes ventajas frente a la terapia de rayos X convencional.
A finales de 2008 estaban en funcionamiento 28 instalaciones de tratamiento en todo el mundo y más de 70.000 pacientes habían sido tratados con piones , [7] [8] protones e iones más pesados. La mayor parte de esta terapia se ha realizado utilizando protones. [9]
A finales de 2013, 105.000 pacientes habían sido tratados con haces de protones [10] y aproximadamente 13.000 pacientes habían recibido terapia con iones de carbono. [11]
Al 1 de abril de 2015, para la terapia con haz de protones, hay 49 instalaciones en el mundo, incluidas 14 en los EE. UU. y otras 29 instalaciones en construcción. Para la terapia con iones de carbono, hay ocho centros en funcionamiento y cuatro en construcción. [11] Existen centros de terapia con iones de carbono en Japón, Alemania, Italia y China. Dos agencias federales estadounidenses esperan estimular el establecimiento de al menos un centro de terapia con iones pesados en Estados Unidos. [11]
La terapia de protones es un tipo de terapia con partículas que utiliza un haz de protones para irradiar tejido enfermo , con mayor frecuencia para tratar el cáncer . La principal ventaja de la terapia de protones sobre otros tipos de radioterapia de haz externo (p. ej., radioterapia o terapia de fotones) es que la dosis de protones se deposita en un rango estrecho de profundidad, lo que resulta en una mínima entrada, salida o dosis de radiación dispersa. a los tejidos sanos cercanos. Las tasas de dosis altas son clave para los avances en el tratamiento del cáncer. PSI demostró que para una instalación de terapia de protones basada en ciclotrón que utiliza enfriamiento por impulso, es posible lograr tasas de dosis notables de 952 Gy/s y 2105 Gy/s en el pico de Bragg (en agua) para haces de 70 MeV y 230 MeV, respectivamente. Cuando se combina con filtros de cresta específicos de campo, la terapia de protones FLASH basada en picos de Bragg se vuelve factible. [12]
La terapia con neutrones rápidos utiliza neutrones de alta energía , normalmente entre 50 y 70 MeV , para tratar el cáncer . La mayoría de los haces de terapia con neutrones rápidos se producen mediante reactores, ciclotrones (d+Be) y aceleradores lineales. La terapia de neutrones está actualmente disponible en Alemania, Rusia, Sudáfrica y Estados Unidos. En Estados Unidos, hay tres centros de tratamiento en funcionamiento en Seattle, Washington, Detroit, Michigan y Batavia, Illinois. Los centros de Detroit y Seattle utilizan un ciclotrón que produce un haz de protones que incide sobre un objetivo de berilio ; El centro de Batavia en Fermilab utiliza un acelerador lineal de protones.
La terapia con iones de carbono (C-ion RT) utiliza partículas más masivas que los protones o neutrones. La radioterapia con iones de carbono ha atraído cada vez más atención científica a medida que las opciones tecnológicas de administración han mejorado y los estudios clínicos han demostrado sus ventajas terapéuticas para muchos cánceres como el de próstata, cabeza y cuello, pulmón e hígado, sarcomas de huesos y tejidos blandos, cáncer de recto localmente recurrente, y cáncer de páncreas, incluida la enfermedad localmente avanzada. También tiene claras ventajas para tratar cánceres hipóxicos y radiorresistentes que de otro modo serían intratables, al tiempo que abre la puerta a un tratamiento sustancialmente hipofraccionado de enfermedades normales y radiosensibles.
A mediados de 2017, más de 15.000 pacientes habían sido tratados en todo el mundo en más de 8 centros operativos. Japón ha sido un líder destacado en este campo. Hay cinco instalaciones de radioterapia con iones pesados en funcionamiento y existen planes para construir varias instalaciones más en un futuro próximo. En Alemania, este tipo de tratamiento está disponible en el Centro de Terapia con Haz de Iones (HIT) de Heidelberg y en el Centro de Terapia con Haz de Iones (MIT) de Marburg. En Italia, el Centro Nacional de Hadronterapia Oncológica (CNAO) ofrece este tratamiento. Austria abrirá un centro CIRT en 2017 y pronto se abrirán centros en Corea del Sur, Taiwán y China. Actualmente no funciona ninguna instalación CIRT en los Estados Unidos, pero varias se encuentran en distintos estados de desarrollo. [13]
Desde el punto de vista de la biología de la radiación, existen considerables razones para apoyar el uso de haces de iones pesados en el tratamiento de pacientes con cáncer. Todas las terapias con protones y otras terapias con haces de iones pesados exhiben un pico de Bragg definido en el cuerpo, por lo que administran su dosis letal máxima en el tumor o cerca de él. Esto minimiza la radiación dañina a los tejidos normales circundantes. Sin embargo, los iones de carbono son más pesados que los protones y, por lo tanto, proporcionan una efectividad biológica relativa (RBE) más alta, que aumenta con la profundidad para alcanzar el máximo al final del alcance del haz. Por lo tanto, la RBE de un haz de iones de carbono aumenta a medida que los iones avanzan más profundamente en la región donde se encuentra el tumor. [14] CIRT proporciona la transferencia de energía lineal (LET) más alta de cualquier forma de radiación clínica disponible actualmente. [15] Este suministro de alta energía al tumor produce muchas roturas del ADN de doble hebra que son muy difíciles de reparar para el tumor. La radiación convencional produce principalmente roturas de ADN de una sola cadena que pueden permitir que muchas de las células tumorales sobrevivan. La mayor mortalidad celular producida por CIRT también puede proporcionar una firma antigénica más clara para estimular el sistema inmunológico del paciente. [16] [17]
La precisión de la terapia con partículas de tumores situados en el tórax y la región abdominal se ve fuertemente afectada por el movimiento del objetivo. La mitigación de su influencia negativa requiere técnicas avanzadas de monitoreo de la posición del tumor (p. ej., imágenes fluoroscópicas de marcadores fiduciales radioopacos implantados o detección electromagnética de transpondedores insertados) e irradiación (activación, reexploración, reexploración controlada y seguimiento de tumores). [18]