Terapia de partículas

La terapia de partículas es una forma de radioterapia externa que utiliza haces de neutrones energéticos , protones u otros iones positivos más pesados ​​para el tratamiento del cáncer. El tipo más común de terapia de partículas a agosto de 2021 es la terapia de protones . ^{[ 1 ]}

A diferencia de los rayos X ( haces de fotones ) utilizados en la radioterapia tradicional, los haces de partículas presentan un pico de Bragg en la pérdida de energía a través del cuerpo, lo que permite administrar la dosis máxima de radiación en el tumor o cerca de él, minimizando así el daño a los tejidos normales circundantes.

La terapia de partículas también se conoce técnicamente como terapia hadrónica , excluyendo la terapia con fotones y electrones . La terapia de captura de neutrones , que depende de una reacción nuclear secundaria, tampoco se considera aquí. La terapia con muones , un tipo poco común de terapia de partículas que no se incluye en las categorías anteriores, también se ha estudiado teóricamente; ^{[ 2 ]} sin embargo, los muones se siguen utilizando con mayor frecuencia para diagnóstico por imagen que para 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 del tejido, provocando finalmente su muerte. Debido a su reducida capacidad para reparar el ADN, las células cancerosas son particularmente vulnerables a este 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 (véase 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. En cambio, para los protones e 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 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 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 el 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 inicialmente mediante un ciclotrón o sincrotrón . La energía final del haz de partículas resultante define la profundidad de penetración y, por lo tanto, la ubicación de la máxima deposición de energía. Dado que es fácil desviar el haz transversalmente mediante electroimanes, es posible emplear un método de barrido raster , es decir, escanear rápidamente el área objetivo, como el haz de electrones escanea un tubo de rayos catódicos . Si, además, se varía la energía del haz y, por consiguiente, la profundidad de penetración, se puede cubrir todo el volumen objetivo en tres dimensiones, proporcionando una irradiación que sigue con precisión la forma del tumor. Esta es una de las grandes ventajas en comparación con la radioterapia convencional.

A finales de 2008, había 28 centros de tratamiento en funcionamiento en todo el mundo y más de 70 000 pacientes habían sido tratados 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 haces de protones, ^{[ 10 ]} y aproximadamente 13.000 pacientes habían recibido terapia con iones de carbono. ^{[ 11 ]}

Al 1 de abril de 2015, existían 49 centros de terapia con haz de protones en el mundo, 14 de ellos en Estados Unidos, con otros 29 en construcción. En cuanto a 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 estadounidenses esperan impulsar la creación 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 , generalmente 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 resulta en una dosis mínima de radiación de entrada, salida o dispersa en los tejidos sanos cercanos. Las altas tasas de dosis son clave en los avances del tratamiento del cáncer. PSI demostró que para una instalación de terapia de protones basada en ciclotrón que utiliza enfriamiento por momento, es posible alcanzar 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 del 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 , generalmente entre 50 y 70 MeV , para tratar el cáncer . La mayoría de los haces de neutrones rápidos se producen mediante reactores, ciclotrones (d+Be) y aceleradores lineales. Actualmente, la terapia con neutrones está disponible 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 blanco de berilio .

La terapia con iones de carbono (RT con iones de carbono) fue desarrollada por primera vez en el Instituto Nacional de Ciencias Radiológicas (NIRS) de Chiba, Japón, que comenzó a tratar pacientes con haces de iones de carbono en 1994. Este centro fue el primero en utilizar iones de carbono clínicamente, lo que supuso un avance significativo en la terapia de partículas para el tratamiento del cáncer. Si bien las ventajas terapéuticas de los iones de carbono ya se conocían, el NIRS desempeñó un papel fundamental en el establecimiento de su aplicación clínica. ^{[ 13 ] [ 14 ]}

En Europa, el Centro Helmholtz GSI para la Investigación de Iones Pesados ​​en Darmstadt, Alemania, desarrolló y demostró de forma independiente la terapia con iones de carbono, tratando a unos 440 pacientes en sus instalaciones entre 1997 y 2008 y transfiriendo la tecnología al Centro de Terapia con Haces de Iones de Heidelberg (HIT) en Heidelberg, el primer centro de terapia con haces de iones de Europa. ^{[ 15 ] [ 16 ]}

La radioterapia con iones de carbono utiliza partículas más masivas que los protones o neutrones. ^{[ 17 ]} La radioterapia con iones de carbono ha captado cada vez más la atención científica a medida que las opciones tecnológicas de administración han mejorado y los estudios clínicos han demostrado sus ventajas de tratamiento para muchos tipos de cáncer, como el de próstata, cabeza y cuello, pulmón e hígado, sarcomas de hueso y tejidos blandos, cáncer de recto localmente recurrente y cáncer de páncreas, incluyendo la enfermedad localmente avanzada. También presenta 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 recibido tratamiento en todo el mundo en más de 8 centros operativos. Japón ha sido un líder destacado en este campo. Hay cinco centros de radioterapia con iones pesados ​​en funcionamiento y existen planes para construir varios más en un futuro próximo. En Alemania, este tipo de tratamiento está disponible en el Centro de Terapia con Iones de Heidelberg (HIT) y en el Centro de Terapia con Iones de Marburgo (MIT). En Italia, el Centro Nacional de Hadronterapia Oncológica (CNAO) proporciona este tratamiento. En China, el Centro de Protones e Iones Pesados ​​de Shanghái (SPHIC) abrió sus puertas para tratamientos en 2015 y Austria abrirá un centro de CIRT en 2017, con centros en Corea del Sur y Taiwán que abrirán próximamente. Actualmente no hay ningún centro de CIRT en funcionamiento en Estados Unidos, pero varios se encuentran en diferentes fases de desarrollo. En la Clínica Mayo de Jacksonville, Florida, está previsto que la primera radioterapia con iones de carbono en Norteamérica comience en 2028. ^{[ 17 ] [ 18 ]}

Desde el punto de vista de la radiobiología, existe una justificación considerable para apoyar el uso de haces de iones pesados ​​en el tratamiento de pacientes con cáncer. Todas las terapias con haces de protones y otros iones pesados ​​presentan 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 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 (EBR), que aumenta con la profundidad hasta alcanzar el máximo al final del alcance del haz. Así, la EBR de un haz de iones de carbono aumenta a medida que los iones avanzan más profundamente en la región donde se encuentra el tumor. ^{[ 19 ]} La CIRT proporciona la mayor transferencia lineal de energía (LET) de cualquier forma de radiación clínica disponible actualmente. ^{[ 20 ]} Esta administración de alta energía al tumor produce muchas rupturas de ADN de doble cadena que son muy difíciles de reparar para el tumor. La radiación convencional produce principalmente rupturas de ADN de cadena simple que pueden permitir que muchas células tumorales sobrevivan. La mayor mortalidad celular directa producida por la CIRT también puede proporcionar una firma antigénica más clara para estimular el sistema inmunitario del paciente. ^{[ 21 ] [ 22 ]}

La precisión de la terapia de partículas para 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 monitorización de la posición del tumor (por ejemplo, imágenes fluoroscópicas de marcadores fiduciales radiopacos implantados o detección electromagnética de transpondedores insertados) e irradiación (sincronización, reescaneo, reescaneo sincronizado y seguimiento del tumor). ^{[ 23 ]}

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