Protonová radioterapie

Protonová radioterapie je formou léčby ionizujícím zářením využívající urychlených protonů. Základní fyzikální vlastností protonového záření je skutečnost, že protony předávají většinu své energie při konci své dráhy ve tkáni, která je konečná, a její hloubka je dána počáteční energií protonů. Tato skutečnost vede k dávkové distribuci záření, která ve srovnání s moderní fotonovou radioterapií méně zatěžuje zdravé tkáně, zejména v oblasti středních a nízkých dávek. Radioterapie je nedílnou součástí komplexní onkologické léčby. Léčba ionizujícím zářením je však vždy spojena s určitým rizikem vzniku nežádoucích účinků, které se mohou projevovat v horizontu měsíců až desítek let od provedeného ozáření. Třicet let po provedené radioterapii se procento pacientů ozařovaných v dětství nebo juvenilním věku s velmi závažnými nežádoucími účinky radioterapie (stupně 3 až 5 dle CTCAE) pohybuje mezi 30–50 %. Z těchto důvodů je v oboru radiační onkologie snahou vyvíjet technologie, které umožní redukovat radiační zátěž zdravých tkání při zachování kvalitního ozáření nádorového ložiska.

Fyzikální podstata protonové radioterapie
Zatímco u fotonové radioterapie je využíváno ozařování z mnoha směrů tak, aby se potřebná dávka v cílovém objemu z těchto směru sečetla a zároveň nežádoucí dávka do zdravých tkání byla co nejnižší, částicová (v našem případě protonová) radioterapie umožňuje dosáhnout dostatečné dávky do cílového ložiska při současné výrazné minimalizaci celkového ozářeného objemu okolních struktur. Je to důsledek jiného mechanismu interakce s materiálem mezi protony a fotony. Léčebný fotonový svazek je tkání systematicky zeslabován, nejvíc svojí energie odevzdává u povrchu a prochází celým tělem (obr. 1). Naproti tomu protonový svazek předává u povrchu malou část dávky. Intenzita předávání roste do hloubky, maxima nabývá v cílové oblasti (v oblasti tzv. Braggova píku) a za ní již k předávání energie nedochází. Z uvedeného plyne, že protonové ozáření je mnohem šetřivější z pohledu celkové radiační zátěže zdravých tkání a stejně efektivní v oblasti nádorového ložiska.

Obr. 1 Příklad srovnání ozáření pomocí pokročilé fotonové techniky IMRT (vlevo) a ozáření protonovým svazkem. Cílový objem je označen červeně, v oblasti přítomné kritické struktury pak ostatními barvami. Dávková distribuce je znázorněna barevným spektrem, oblasti s nejvyšší dávkou jsou zobrazeny červeně a postupné snižování dávky směrem k modré barvě. Pokud danou část anatomie nepokrývá žádná barva z barevného spektra (tzv. colorwash), pak není dodávaná dávka žádná. Z obrázku je patrný výrazně větší objem zdravé tkáně,  který při fotonovém ozáření ozářen je a při protonovém nikoliv.

Technologie PBS (pencil beam scanning, skenování tužkovým svazkem)

Moderní protonová centra používají techniku tužkového skenovaného svazku. Jedná se o nejefektivnější způsob doručení požadované dávky do cílového objemu při minimalizaci dávek do okolních kritických struktur. Při tomto způsobu ozařování je cílový objem rozdělen do mřížky, kde do každého bodu této mřížky je směrován individuálně vážený paprsek protonů. Výsledkem je vysoce konformní ozáření cílového objemu a vzhledem k tomu, že žádný svazek není směrován mimo tento objem, i minimalizace dávek na zdravé tkáně.

Metoda skenování tužkovým svazkem (pencil beam scanning – PBS) zásadním způsobem změnila použití a možnosti protonové radioterapie. Při této metodě je nádorové ložisko rozděleno na jednotlivé vrstvy a ty jsou rozděleny na jednotlivé body. Svazek je velmi tenký (ve vzduchu 3–4 mm), postupně se reguluje jeho energie a tím hloubka dosahu, a je směrován do jednotlivých bodů nádoru pomocí skenovacích magnetů umístěných v hlavici ozařovače. Velikost ozařované oblasti není potom omezena. Je možné ozařovat velmi složité tvary, adaptace na změny je poměrně rychlá a neutronová kontaminace je výrazně menší než pro techniky fotonové radioterapie s modulovanou intenzitou (IMRT) s energiemi nad 10 MeV. První pracoviště používala PBS na počátku milénia,
ale masivnějšího rozšíření tato technologie doznala až po roce 2010.

Radiobiologická východiska

Další skutečností, kterou je při využití částicové terapie nutné brát v úvahu, je vyšší radiobiologická účinnost protonového svazku ve srovnání s referenčním fotonovým svazkem. Po valnou většinu letu protonů je tato účinnost 1,1násobkem účinnosti fotonové radioterapie a s tímto poměrem se kalkuluje při předpisu dávky. Vzhledem k tomu je možné při uvedeném přepočtu použít protonů stejným způsobem z hlediska dávek a frakcionací, jako fotonů. V posledních letech vyšlo najevo, že na samém závěru letu protonů se radiobiologická účinnost zvyšuje na 1,2–1,6násobek účinnosti fotonů. Jedná se přibližně o poslední 2 mm letu a ve většině případů nemá tato skutečnost klinický význam. Za určitých okolností (například při ozařování nádorů mozku a použití jediného ozařovacího pole) je však třeba modifikovat standardní postupy tak, aby tato skutečnost byla brána v úvahu.

Protonová versus fotonová radioterapie (RT)

V současné době se k ozařování užívá fotonová nebo protonová RT. Rozdíl je ve fyzikálních vlastnostech jednotlivých typů záření a tím i jiné chování ve tkáních. Fotonové záření (neboli brzdné X záření), jehož zdrojem jsou lineární urychlovače, vykazuje pozvolný spád dávky ve tkáni. Tím dochází k větší “kontaminaci” okolních zdravých tkání.  Při užití protonů dochází ke strmému spádu dávky za ložiskem ozáření.  Protonová radioterapie ve srovnání s moderními technikami IMRT významně redukuje zátěž zdravých tkání zejména v oblasti středních a nízkých dávek. Dochází tak k ozáření menšího objemu zdravé tkáně. V některých situacích je rozdíl v dávkové distribuci klinicky nevýznamný (například jednostranné ozáření krčních uzlin, ozáření celé mozkovny), v některých situacích je však tento rozdíl limitující pro užití fotonové RT (například ozáření mezihrudí v blízkosti srdce).

Protonovou radioterapii lze použít v řadě indikací radioterapie a v případě dlouhých předpokládaných dob dožití nemocných je nutné ji – pokud je dostupná – brát v úvahu z hlediska radiační ochrany, a to i přes absenci randomizovaných studií. Sekundární malignity jsou problémem každé radioterapie a jejich indukce je bezprahová – požadavkem radiační ochrany je tedy minimalizace dávek na tak nízkou úroveň, jak je rozumně dosažitelné. Randomizované studie jsou nástrojem pro hodnocení nových léčebných metod – zde se však více než o novou metodu jedná o využití metody stávající, tj. léčby ionizujícím zářením, za použití lepšího nástroje. Randomizovaná data pro potvrzení predikovaného profitu protonové RT ve snížení pozdní toxicity navíc nejsou požadována ani v zahraničních doporučeních (NCCN guidelines). Při rozhodování o technice RT je doporučené zvážit užití klinicky nejvíce šetřící techniky se zachováním dostatečného pokrytí cílového objemu. Pacienti po protonové RT by pak měli být sledováni v registrech. Vzhledem k fyzikální charakteristice částicové RT, která je vhodnější pro část pacientů indikovaných k ozáření, a ke zlepšující se dostupnosti této techniky, bude protonová RT s největší pravděpodobností do budoucna nahrazovat určitou část radioterapie fotonové.