La terapia de 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 de terapia de partículas más común 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 antigua, los haces de partículas exhiben un pico de Bragg en la pérdida de energía a través del cuerpo, entregando su dosis máxima de radiación en el tumor o cerca de él y minimizando el daño a los tejidos normales circundantes.
La terapia de partículas también se conoce más técnicamente como terapia de hadrones , excluyendo la terapia de fotones y electrones . La terapia de captura de neutrones , que depende de una reacción nuclear secundaria, tampoco se considera aquí. La terapia de muones , un tipo raro de terapia de partículas que no está dentro de las categorías anteriores, también se ha estudiado teóricamente; [2] sin embargo, los muones todavía se usan más comúnmente para la obtención de imágenes, en lugar de la terapia. [3]
La terapia con partículas funciona dirigiendo partículas ionizantes energéticas hacia el tumor objetivo. [4] [5] Estas partículas dañan el ADN de las células de los tejidos, provocando finalmente su muerte. Debido a su capacidad reducida para reparar el ADN, las células cancerosas son particularmente vulnerables a este tipo de daño.
La figura muestra cómo los haces de electrones, rayos X o protones de diferentes energías (expresadas en MeV ) penetran en el tejido humano. 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 de frenado penetran más profundamente, pero la dosis absorbida por el tejido muestra entonces la típica disminución exponencial con el aumento del espesor. Por otro lado, para los protones y los iones más pesados, la dosis aumenta a medida que la partícula penetra en el tejido y pierde energía continuamente. Por lo tanto, la dosis aumenta con el aumento del espesor hasta el pico de Bragg que se produce cerca del final del alcance de la partícula . Más allá del pico de Bragg, la dosis cae a cero (para los protones) o casi a cero (para los 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 diana. Esto permite prescribir una dosis más alta al tumor, lo que teóricamente conduce a una mayor tasa de control local, además de lograr una baja tasa de toxicidad. [6]
Los iones se aceleran primero mediante un ciclotrón o sincrotrón . La energía final del haz de partículas emergentes define la profundidad de penetración y, por lo tanto, la ubicación de la deposición de energía máxima. Como es fácil desviar el haz mediante electroimanes en una dirección transversal, es posible emplear un método de barrido de trama , es decir, escanear el área objetivo rápidamente, como el haz de electrones escanea un tubo de TV. Si, además, se varía la energía del haz y, por lo tanto, la profundidad de penetración, se puede cubrir todo un volumen objetivo en tres dimensiones, proporcionando una irradiación que sigue exactamente la forma del tumor. Esta es una de las grandes ventajas en comparación con la terapia de rayos X convencional.
A finales de 2008, funcionaban en todo el mundo 28 centros de tratamiento y se habían tratado a más de 70.000 pacientes mediante piones , [7] [8] protones e iones más pesados. La mayor parte de esta terapia se ha llevado a cabo utilizando protones. [9]
A finales de 2013, 105.000 pacientes habían sido tratados con rayos de protones, [10] y aproximadamente 13.000 pacientes habían recibido terapia con iones de carbono. [11]
Al 1 de abril de 2015, en el mundo se contaba con 49 centros de terapia con haz de protones, 14 de ellos en Estados Unidos y otros 29 en construcción. En el caso de la terapia con iones de carbono, había 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 de Estados Unidos 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 de 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 (por ejemplo, radioterapia o terapia de fotones) es que la dosis de protones se deposita en un rango estrecho de profundidad, lo que da como resultado una dosis mínima de radiación de entrada, salida o dispersión a los tejidos sanos cercanos. Las altas tasas de dosis son clave en los avances del tratamiento del cáncer. PSI demostró que para la instalación de terapia de protones basada en ciclotrones que utiliza enfriamiento por momento, 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 el pico 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 con neutrones está disponible actualmente en Alemania, Rusia, Sudáfrica y Estados Unidos. En Estados Unidos, el único centro de tratamiento que sigue en funcionamiento se encuentra en Seattle, Washington. El centro de Seattle utiliza un ciclotrón que produce un haz de protones que incide sobre un objetivo de berilio .
La terapia con iones de carbono (RT con iones de carbono) fue una terapia pionera en el Instituto Nacional de Ciencias Radiológicas (NIRS) de Chiba (Japón), que comenzó a tratar a pacientes con haces de iones de carbono en 1994. Este centro fue el primero en utilizar iones de carbono en la práctica clínica, lo que supuso un avance significativo en la terapia con partículas para el tratamiento del cáncer. Las ventajas terapéuticas de los iones de carbono se reconocieron antes, pero el NIRS fue decisivo para establecer su aplicación clínica. [13] [14]
La radioterapia con iones de carbono utiliza partículas más masivas que los protones o neutrones. [15] La radioterapia con iones de carbono ha ido ganando cada vez más atención científica a medida que han mejorado las opciones tecnológicas de administración y los estudios clínicos han demostrado sus ventajas en el tratamiento de muchos tipos de cáncer, como el de próstata, cabeza y cuello, pulmón e hígado, sarcomas de huesos y tejidos blandos, cáncer rectal localmente recurrente y cáncer de páncreas, incluida la enfermedad localmente avanzada. También tiene claras ventajas para tratar cánceres hipóxicos y radioresistentes 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 destacado líder en este campo. Hay cinco instalaciones de radioterapia con iones pesados en funcionamiento y existen planes para construir varias instalaciones más en el futuro cercano. En Alemania, este tipo de tratamiento está disponible en el Centro de Terapia con Rayos Iónicos de Heidelberg (HIT) y en el Centro de Terapia con Rayos Iónicos de Marburgo (MIT). En Italia, el Centro Nacional de Hadronterapia Oncológica (CNAO) proporciona este tratamiento. Austria abrirá un centro de CIRT en 2017, y pronto se abrirán centros en Corea del Sur, Taiwán y China. Actualmente, no hay instalaciones de CIRT en funcionamiento en los Estados Unidos, pero varias se encuentran en diversas etapas de desarrollo. [16]
Desde el punto de vista de la biología de la radiación, existen razones de peso para el uso de haces de iones pesados en el tratamiento de pacientes con cáncer. Todas las terapias con haces de protones y otros haces de iones pesados presentan un pico de Bragg definido en el cuerpo, por lo que liberan su dosis letal máxima en el tumor o cerca de él. Esto minimiza la radiación dañina para los tejidos normales circundantes. Sin embargo, los iones de carbono son más pesados que los protones y, por lo tanto, proporcionan una mayor eficacia biológica relativa (RBE), 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. [17] La CIRT proporciona la transferencia de energía lineal (LET) más alta de todas las formas de radiación clínica disponibles actualmente. [18] Esta alta entrega de energía al tumor da como resultado muchas roturas de ADN de doble cadena que son muy difíciles de reparar para el tumor. La radiación convencional produce principalmente roturas de ADN de cadena simple que pueden permitir que muchas de las células tumorales sobrevivan. La mayor mortalidad celular total producida por la CIRT también puede proporcionar una firma antigénica más clara para estimular el sistema inmunológico del paciente. [19] [20]
La precisión de la terapia con partículas de tumores situados en la región torácica y 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 (por ejemplo, imágenes fluoroscópicas de marcadores fiduciales radiopacos implantados o detección electromagnética de transpondedores insertados) e irradiación (selección de canales, reescaneo, reescaneo sincronizado y seguimiento del tumor). [21]