O átomo pacífico, como já escrevemos, não é apenas Chernobyl e Fukushima . Com o uso adequado e cuidadoso, pode trazer benefícios inestimáveis para a humanidade, por exemplo, quando se trata de tecnologias inovadoras no campo da energia . Mas não só: hoje falaremos sobre radioterapia para tratamento do câncer.
De acordo com dados do estudo Global Burden of Disease Cancer Collaboration, publicado por uma equipe internacional de cientistas de 195 países no outono de 2019, o número de casos de câncer no mundo aumentou em um terço de 2007 a 2017. Em 2017, 24,5 milhões de pessoas adoeceram com câncer, 9,6 milhões morreram disso. A radioterapia tornou-se o método de tratamento do câncer de desenvolvimento mais dinâmico. Em termos de eficácia, não fica atrás de outros métodos e, ao mesmo tempo, é suave para o corpo do paciente.
A sala onde a radioterapia é realizada (aqui com a ajuda do aparelho i-ROCK) hoje pode não parecer um quarto de hospital, mas sim uma nave de um futuro distante. Fonte: Toshiba
Como o câncer é tratado?
Previne a divisão das células tumorais e seu crescimento e disseminação da doença por todo o corpo, além de provocar sua morte. Em geral, um tumor pode ser removido cortando-o do órgão afetado ou junto com ele, ou envenenado tentando garantir que o resto do corpo não seja envenenado ao mesmo tempo. O último, felizmente, pode ser feito devido à natureza das células cancerosas. Mas a quimioterapia, e ainda mais a remoção de um órgão ou parte dele, costuma afetar o corpo de forma muito destrutiva. Portanto, os cientistas estão trabalhando em métodos alternativos com eficácia cientificamente comprovada. Um deles é apenas radioterapia.
A radioterapia (ou radioterapia) é o uso de radiação para combater o câncer. Com a ajuda da radiação, que é direcionada diretamente aos tecidos afetados pelo tumor e afeta suas células em nível genético, elas podem ser completamente destruídas ou pelo menos conter seu crescimento e divisão. Apesar do fato de que essas palavras soam bastante assustadoras - irradiar intencionalmente uma pessoa viva com radiação! - este método provou ser eficaz e seguro.
O efeito da radioterapia também é baseado nas características das células tumorais: como os cientistas descobriram, o fato de que essa célula se divide mais rápido do que as células comuns leva ao fato de ser mais influenciada pela radiação. Por um lado, a fissão rápida permite que eles se espalhem em alta velocidade no corpo, por outro lado, permite introduzir uma espécie de sistema de reconhecimento "amigo ou inimigo" e influenciar a radiação exclusivamente sobre eles. Como resultado da radiação, a divisão das células tumorais diminui e / ou pára, elas se desintegram e são gradualmente eliminadas do corpo.
Quando uma célula é exposta à radiação, a primeira tarefa é danificar seu DNA. Com isso, a célula fica inativada, ou seja, perderá a capacidade de se dividir e, com isso, ocorrerá a morte. Nesse caso, a molécula de DNA é completamente destruída nas células tumorais e parcialmente, sem perder a capacidade de recuperação, nas células saudáveis. Ao mesmo tempo, as tecnologias modernas permitem minimizar o efeito da radiação nas células saudáveis. Descreveremos a seguir como isso é feito.
Em comparação com a cirurgia e a quimioterapia, a radioterapia tem várias vantagens. Portanto, se a quimioterapia afeta o corpo do paciente como um todo, o que pode enfraquecê-lo significativamente e causar consequências negativas desagradáveis, a radioterapia é destinada exclusivamente ao tumor e normalmente tem apenas um efeito mínimo nas células saudáveis vizinhas. É claro que, no caso de um câncer sistêmico que se espalhou para vários órgãos, a quimioterapia pode funcionar com mais eficácia.
Se compararmos a radioterapia com a cirurgia, então também aqui a primeira tem uma vantagem indiscutível: não requer uma operação, o que em alguns casos será difícil para o paciente suportar, especialmente se seu corpo já estiver significativamente enfraquecido pela doença e seu tratamento subsequente. Além disso, alguns tumores não são tão fáceis de se chegar com um método puramente cirúrgico e há o risco de danos aos órgãos vizinhos.
A radioterapia permite que você obtenha o mesmo resultado - o desaparecimento completo do tumor - sem ter que entrar na faca. O melhor de tudo é que esse método de tratamento funciona ao se livrar de neoplasias que não se espalharam pelo corpo em determinados órgãos, por exemplo, cérebro, pulmão, estômago, próstata e assim por diante.
Na oncologia moderna, a radioterapia pode ser usada sozinha ou em combinação com outros métodos de tratamento - cirurgia e quimioterapia. Em particular, um regime de tratamento comum é quando a cirurgia e a radiação são usadas simultaneamente.
Nesse caso, pode haver tipos de radioterapia: neoadjuvante (antes da cirurgia) e adjuvante (após a cirurgia). A radiação neoadjuvante ajuda a reduzir o tumor a fim de trazê-lo a um estado ressecável e reduzir o risco de metástases, e a radiação adjuvante é usada para combater a recorrência local do tumor.
Como a radiação entra no corpo e que mal pode causar?
A irradiação de células extremamente nocivas é um trabalho de filigrana. A questão mais importante que se coloca a um médico pode ser formulada da seguinte forma: como as partículas podem ser entregues ao lugar certo e não irradiar acidentalmente algo desnecessário?
Existem três métodos de radioterapia: remoto, contato e sistêmico.
A radioterapia sistêmica significa que drogas radioativas são injetadas no corpo do paciente (por engolir ou por via intravenosa). Eles serão distribuídos pela corrente sanguínea e atuarão nos focos tumorais. Assim, por exemplo, com a ajuda de cápsulas que contêm iodo radioativo, alguns tipos de câncer de tireoide são tratados.
Ao usar a radioterapia de contato (também conhecida como braquiterapia), as fontes de radiação são colocadas dentro do órgão danificado ou na cavidade ao lado dele. Em alguns casos, os emissores podem até ser colocados na superfície da pele.
O método mais difundido tornou-se o método remoto, quando uma fonte externa de radiação é usada e tecidos saudáveis podem ficar entre ela e o alvo. Estes últimos recebem danos mínimos, já que quase toda a dose de radiação é liberada no tumor nos últimos milímetros do trajeto da partícula. Para isso, inicialmente foram utilizados dispositivos especiais, que, em termos simples, eram um recipiente com uma substância radioativa e um mecanismo que permitia a formação de um feixe estreito de radiação.
Um dos pioneiros desse método de tratamento foi o físico médico canadense Harold Elford Johns - um grupo de cientistas sob sua liderança no início da década de 1950 criou o chamado "canhão de cobalto", que usava cobalto-60 radioativo.
E o primeiro acelerador de partículas médico especial foi montado e usado em Londres (Grã-Bretanha) em 1953. Pelo que? Para alcançar uma maior penetração e eficiência da radiação e para atingir tumores localizados profundamente. E é na direção do desenvolvimento da radioterapia com aceleradores lineares de partículas que o progresso foi e está se movendo na última metade do século.
Gordon Isaacs, o primeiro paciente a se recuperar em 1957 de retinoblastoma (um tumor maligno da retina do olho em crianças) usando um acelerador linear construído e usado pelo cientista americano Henry Kaplan. Como resultado do tratamento, a visão do menino foi salva e ele próprio viveu uma longa vida. Fonte: Wikimedia Commons
A terapia de radiação pode ser por ondas ou corpuscular. A radiação de onda, na qual os raios X ou raios gama eram direcionados às células tumorais, começou a ser usada na medicina mais cedo (em particular, era a radiação gama que era produzida pelo canhão de cobalto Jones) e, em geral, cumpria suas tarefas , embora seja impossível direcionar a radiação com irradiação de ondas claramente nas células danificadas.
Hoje, a irradiação corpuscular é considerada mais eficaz. Nesse caso, feixes de partículas elementares são direcionados ao tumor: fótons, nêutrons ou íons pesados. E é a irradiação com íons pesados que atualmente é considerado o método de radioterapia mais avançado tecnologicamente, pois devido à sua massa (não é à toa que são chamados de pesados) formam uma espécie de onda de choque e, portanto, destroem com mais eficácia o DNA de células cancerosas - para se livrar com sucesso de um tumor usando íons pesados é necessário menos sessões de radiação.
Raios X (esquerda) e feixes de íons pesados (direita). Os íons pesados são direcionados claramente ao tumor, minimizando os danos ao tecido saudável. Fonte: Toshiba
Já as demais partículas têm menor capacidade de penetração nos tecidos. Portanto, os mais leves deles - os elétrons - são usados apenas para o tratamento de doenças de pele. Os mais pesados - os fótons - penetram mais fundo, mas ainda não têm a mesma força de impacto que os íons pesados. Os fótons também são usados para tratar tumores em órgãos internos, mas com mais sessões de radiação.
A radioterapia é inofensiva? Não. Apesar das vantagens óbvias, como qualquer tratamento intensivo, a radioterapia raramente passa completamente sem deixar rastros no corpo. As consequências de seu uso podem ser queimaduras de radiação local, e os vasos que estão nas proximidades do tumor podem se tornar mais frágeis. Isso leva ao risco de pequenas hemorragias focais.
Os efeitos colaterais de longo prazo também são possíveis como resultado da liberação de resíduos do tumor na corrente sanguínea. No entanto, eles ainda não são mortais - ao contrário dos tumores malignos. Segundo especialistas , o efeito do uso da radioterapia pode ser comparado a uma queimadura solar: suas consequências nem sempre são visíveis de imediato, mas podem aparecer com o tempo. Portanto, há uma probabilidade diferente de zero de que após 10-20 anos o paciente comece a mudar no nível do DNA ou o câncer retorne.
Como são as unidades de radioterapia mais modernas ou O que pode ser feito para tratar mais e melhor?
Três hospitais no Japão já encomendaram unidades de terapia de radiação de íons pesados da Toshiba, e a empresa forneceu o equipamento aos clientes. E o acelerador de íons pesados i-ROCK está operando com sucesso no Kanagawa Cancer Center. No exemplo deles, você pode ver em quais direções a evolução dos métodos de radioterapia está indo hoje.
É assim que o atual acelerador de íons pesados da Toshiba Energy Systems & Solutions se parece no Centro de Oncologia de Radiação em Kanagawa (i-ROCK). Em um futuro próximo, um sistema semelhante aparecerá na Rússia: um acordo correspondente já foi assinado entre o Ministério da Saúde da Federação Russa e uma empresa japonesa. Fonte: Toshiba
O i-ROCK é um dispositivo impressionante que abrange várias salas, e o tamanho é comparável ao de uma academia. Nele, com a ajuda de um acelerador linear de partículas, um feixe de íons pesados é acelerado a 70% da velocidade da luz antes de atacar um tumor. A quantidade de energia que é transferida para as células cancerosas excede significativamente a quantidade de energia dos raios X ou a energia dos prótons.
Os íons pesados vêm de duas direções ao mesmo tempo, o que aumenta a eficácia do tratamento, ou seja, permite matar o tumor em menos sessões. Além disso, os emissores podem ser girados 360 graus, o que permite uma alta precisão de exposição.
Instalações modernas, incluindo o i-ROCK, aprenderam a minimizar os danos aos tecidos saudáveis durante a irradiação. Para fazer isso, era necessário tornar o feixe de partículas fino e a potência de radiação suficiente para danificar o tumor, mas não os tecidos ao redor. O I-ROCK utiliza um método de escaneamento 3D do tumor, graças ao qual é possível atacar apenas o próprio tumor, por mais complexo que seja seu formato, com alta precisão. Isso é chamado de irradiação de feixe de varredura de alta velocidade.
Pegamos os íons de carbono, os aceleramos fortemente em um acelerador linear e os direcionamos para o corpo do paciente, mas não em algum lugar, mas exatamente no alvo. Fonte: Toshiba
Usando o método de digitalização 3D da Toshiba durante a terapia de íons pesados, o tumor é irradiado como se fosse sombreado com um lápis fino. Este método permite atuar em tumores de formas complexas e com alta precisão e eficiência. Outra consequência da aplicação desse método é que pode ser excluída a etapa de ajuste de longo prazo do equipamento e o uso de colimadores e filtros, que devem ser feitos individualmente para cada paciente.
Mas o que fazer com os órgãos que normalmente se movem, enquanto seu dono está vivo - por exemplo, com os pulmões? Na inalação, o tumor no pulmão ficará em uma posição, enquanto na exalação, tecidos saudáveis aparecerão em seu lugar sob o feixe. Para evitar isso, os engenheiros da Toshiba adicionaram uma ferramenta para monitorar o corpo do paciente em tempo real para a instalação, permitindo que a radiação seja ligada quando o órgão está no foco do emissor e desligada quando ele se move. Combinando irradiação sincronizada com respiração e observação de radiografia oblíqua em tempo real com tecnologia de reexame, os engenheiros da Toshiba aprenderam como irradiar neoplasias com doses uniformes de maneira rápida e precisa, não apenas em órgãos imóveis, mas também em movimento.
. : Toshiba
Entre outras coisas, tal combinação de tecnologias e métodos, por um lado, permite reduzir o tempo de preparação para o tratamento e seu custo para o paciente, e por outro lado, aumentar o número de pacientes que o hospital pode admitir durante o período coberto pelo relatório e, consequentemente, acelerar o retorno do investimento. A Toshiba ajudou a reduzir o tempo necessário para posicionar o paciente ao criar um sistema de posicionamento eficiente, e o tempo geral gasto na sala de terapia é significativamente reduzido com o uso de radiação de varredura 3D de alta velocidade. O Sistema de Posicionamento Toshiba calcula automaticamente a discrepância entre a tomografia computadorizada da área irradiada obtida durante o planejamento do tratamento e o raio-X feito diretamente na sala onde a irradiação está ocorrendo e ajusta a posição da cama robótica.em que o paciente está localizado. Durante o uso da geração anterior de dispositivos de radioterapia, a duração média da sessão desde a entrada do paciente na sala até sua saída era de 26 minutos, agora foi reduzida para 11 minutos.
Por fim, outra área de trabalho dos engenheiros é reduzir o peso e o tamanho de todo o conjunto de equipamentos, o que, por sua vez, aumenta novamente a disponibilidade de tratamento para cada paciente. Aqui, a Toshiba também tem algo de que se orgulhar: ela criou o pórtico giratório mais compacto do mundo (em 1 de outubro de 2017) (o chamado dispositivo móvel usado para segurar e apontar equipamentos médicos para um paciente fixo), usado em terapia de íons pesados. Isso foi alcançado por meio do uso de tecnologias supercondutoras. Se o gantry puder girar 360 graus ao redor do paciente, isso permite que você mire com precisão o tumor de qualquer direção, reduza ou elimine danos aos tecidos saudáveis, posicione rapidamente o paciente da maneira correta e reduza seu desconforto.e, ao mesmo tempo, excluir ao máximo a deformação dos órgãos; além disso, posteriormente, durante as próximas sessões de irradiação, a posição do paciente pode ser rapidamente reproduzida.
Cientistas dos Institutos Nacionais de Ciência e Tecnologia Quântica e Radiológica (QST; uma organização de pesquisa japonesa criada em 2016 por meio da fusão do Instituto Nacional de Pesquisa Radiológica e várias divisões da Agência de Energia Atômica do Japão), em junho de 2019 criaram um rotativo compacto pórtico com ímã supercondutor, que reduziu o peso do equipamento em cerca de 300 toneladas. O pórtico menor e mais leve pode ser colocado de forma mais conveniente no prédio do hospital, o que reduzirá os custos de construção, manutenção e serviço e, portanto, reduzirá o custo do tratamento.
Por fim, vale falar sobre como é garantida a segurança do tratamento. Primeiro, o acelerador e o paciente estão em salas diferentes. Este último está localizado em um quarto separado, nada assustador (mostrado no início da postagem) em uma cama que pode ser movida ao longo de sete eixos para fornecer irradiação de qualquer órgão e ao mesmo tempo manter uma posição confortável para o paciente. A posição ideal do leito e dos emissores, como já mencionamos, é determinada com base em um tomograma computadorizado preliminar e varredura de raios-X em tempo real, pouco antes do início do procedimento.
O profissional de saúde pode monitorar o tratamento usando o Sistema de monitoramento de feixe Toshiba: enquanto a irradiação continua, a posição do feixe e a densidade do fluxo em cada área do tecido irradiado são exibidos na tela do monitor na sala de controle em tempo real . O estado do equipamento também é verificado constantemente para garantir a segurança do paciente. Se algo der errado, um sistema especial de bloqueio interromperá o fluxo de partículas. A interface de controle do equipamento foi especialmente projetada para minimizar a possibilidade de erro humano e dar aos profissionais de saúde uma sensação de confiança e segurança.
A radioterapia é prejudicial?
Como qualquer nova tecnologia, em cujo desenvolvimento foram investidos muitos fundos e esforços de especialistas altamente qualificados, a radioterapia não pode ser barata. Para um paciente, um curso de tratamento custará em média mais do que um curso de quimioterapia (os cálculos exatos dependem da gravidade de cada caso).
O alto custo é compreensível: primeiro, os hospitais precisam investir em equipamentos caros. Em segundo lugar, sua manutenção exigirá custos adicionais. Em terceiro lugar, para trabalhar nisso, você precisa de pessoal com um alto nível de qualificação - você também terá que gastar dinheiro com seu treinamento e manutenção.
Quanto ao custo do equipamento em si, o escopo aqui é muito amplo. Assim, o mais simples, não o mais novo e, possivelmente, um acelerador linear usado no exterior pode custar até US $ 300 mil. Os sistemas mais novos chegam a um milhão de dólares e mais. Além disso, os últimos desenvolvimentos já podem ser estimados em vários milhões de dólares americanos. Em geral, o equipamento completo de uma clínica de radioterapia nos Estados Unidos, por exemplo, terá que gastar de US $ 20 milhões a US $ 150 milhões e, em alguns casos, até mais. Depende do número de assentos e outros fatores.
No entanto, qualquer tecnologia eficaz ao longo do tempo segue o mesmo caminho: torna-se em massa e, como resultado - mais acessível. E esperamos que o átomo “terrível e perigoso” limpe sua imagem em um futuro próximo e se transforme no salvador da humanidade de um de seus problemas mais terríveis.