Suatu hari, sistem khusus dapat menyerang pasien kanker dengan partikel untuk memberikan terapi radiasi penuh hanya dalam mikrodetik, penelitian baru menunjukkan.
Dengan menggunakan teknik baru yang dikenal sebagai radioterapi cepat, dokter dapat memberantas tumor dalam waktu singkat dan dengan biaya terapi radiasi tradisional - setidaknya secara teori. Sampai saat ini, teknik secepat kilat belum menghadapi uji klinis formal pada pasien manusia, meskipun satu orang menerima perawatan eksperimental, para peneliti melaporkan pada Oktober 2019 dalam jurnal Radiotherapy and Oncology. Sekarang, studi tikus baru, yang diterbitkan 9 Januari di International Journal of Radiation Oncology, Biology and Physics, telah lebih jauh menunjukkan janji terapi kanker ini.
"Ini memiliki tingkat kontrol tumor yang sama tetapi efeknya secara signifikan lebih kecil pada jaringan normal," kata rekan penulis studi Dr. Keith Cengel, seorang profesor onkologi radiasi di Rumah Sakit Universitas Pennsylvania.
Dengan kata lain, teknik kilat muncul untuk membunuh sel-sel tumor sambil menyisakan jaringan sehat. Teknik ini bekerja dengan membombardir situs tumor dengan aliran partikel yang stabil, biasanya partikel cahaya, yang disebut foton, atau elektron yang bermuatan negatif. Sekarang, Cengel dan rekan-rekannya telah melemparkan partikel lain ke dalam campuran: proton bermuatan positif.
"Ini unik dalam arti bahwa ... itu belum pernah dilakukan," kata Marie-Catherine Vozenin, kepala laboratorium onkologi radiasi di Rumah Sakit Universitas Lausanne di Swiss, yang tidak terlibat dalam penelitian ini. Itu bukan untuk mengatakan bahwa menggunakan proton untuk melawan sel kanker tentu merupakan strategi yang lebih baik daripada menggunakan foton atau elektron, tambahnya. "Semua strategi yang berbeda ini memiliki pro dan kontra."
Yang mengatakan, setiap partikel mungkin secara unik cocok untuk menargetkan jenis tumor tertentu di tempat-tempat tertentu dalam tubuh, yang berarti proton dapat menawarkan pilihan pengobatan terbaik untuk beberapa pasien, kata Cengel.
Pengaturan waktu adalah kuncinya
Nama "flash" hanya mengacu pada laju ultra cepat di mana teknik memberikan radiasi ke jaringan target. Flash pummels sel dengan jumlah total radiasi yang sama seperti terapi yang ada, tetapi daripada memberikan dosis selama beberapa minggu dalam sesi menit, seluruh perawatan berlangsung hanya sepersepuluh detik, kata Vozenin.
"Jika kita bisa mencapai seperseratus detik, itu lebih baik," tambahnya.
Kecepatan membuat semua perbedaan. Dalam terapi radiasi konvensional, seorang pasien dapat menjalani lusinan sesi perawatan, selama waktu itu jaringan yang sehat dapat menjadi rusak jauh sebelum sel-sel tumor mati. Tetapi ketika dosis radiasi yang sama diberikan pada tingkat yang lebih cepat, seperti dengan flash, jaringan sehat tetap tidak terluka. Persis mengapa itu terjadi tetap menjadi misteri.
"Itu pertanyaan jutaan dolar ... kami bekerja keras untuk mencoba memahami itu," kata Vozenin. Penelitian menunjukkan bahwa ledakan radiasi yang cepat dapat menyebabkan penurunan kadar oksigen dalam jaringan sehat, yang biasanya mengandung jauh lebih banyak oksigen daripada sel-sel kanker. Tumor menolak terapi radiasi tradisional sebagian karena kurangnya oksigen, sehingga efek sementara yang dipicu oleh flash dapat meningkatkan sel-sel sehat terhadap kerusakan, serta mengurangi produksi radikal bebas berbahaya, menurut laporan tahun 2019 dalam jurnal Clinical Oncology.
Tetapi bukti ini tidak menjelaskan mengapa sel kanker bereaksi secara berbeda dari sel sehat terhadap pengobatan; lebih banyak mekanisme yang berperan, kata Vozenin.
Terlepas dari mengapa itu bekerja, radiasi flash tampaknya menjanjikan dalam studi awal, meskipun teknik ini memang memiliki keterbatasan. Foton dapat digunakan untuk menargetkan tumor di seluruh tubuh, tetapi mesin yang menembakkan partikel belum dapat menembak cukup cepat untuk mencapai laju dosis yang diperlukan. Elektron berenergi tinggi dapat menembus jaringan untuk mencapai tumor yang dalam, tetapi secara teknologi sulit untuk dihasilkan. Elektron berenergi rendah menawarkan pilihan lain, tetapi ini dapat menembus hanya sekitar 2 inci (5 hingga 6 sentimeter) daging, kata Cengel.
Sementara elektron berenergi rendah dapat menangani tumor superfisial, Cengel dan rekan-rekannya berteori bahwa proton mungkin lebih cocok untuk menargetkan sel-sel kanker yang terletak lebih dalam di dalam tubuh. Untuk menguji ide mereka, mereka harus membangun alat yang tepat untuk pekerjaan itu.
Ujilah
Tim menggunakan akselerator proton yang ada, yang dikenal sebagai cyclotron, untuk menjalankan percobaan, tetapi membuat sejumlah modifikasi. Kuncinya adalah meningkatkan laju di mana proton dapat ditembakkan dari mesin sementara juga mengembangkan strategi untuk memantau di mana proton mendarat dan dalam jumlah berapa. Dengan infrastruktur ini di tempat, tim bisa lebih baik mengontrol arus proton yang mengalir dari cyclotron, "semacam keran yang bisa Anda nyalakan dengan penuh atau tetesan," kata Cengel.
Tim kemudian mengarahkan siklotronnya pada tikus model. Tumor yang diinduksi tumbuh di pankreas hewan dan di sepanjang usus atasnya, sehingga para peneliti mengirimkan satu pulsa radiasi melalui rongga perut tikus. Kilat berlangsung antara 100 dan 200 milidetik, dan dengan berbaris banyak balok proton bersama, seperti spageti mentah dalam tabung ketat, tim memukul seluruh rongga perut dalam satu tembakan.
Seperti yang diharapkan, pengobatan menghambat pertumbuhan tumor dan jaringan parut yang biasanya merupakan hasil dari kanker, sementara meninggalkan jaringan sehat di dekatnya tidak terluka. "Ini adalah bukti pertama yang tak terbantahkan tentang efek 'kilat' in vivo dengan usus kecil sebagai target menggunakan proton alih-alih foton atau ... elektron," Vincent Favaudon, direktur penelitian di Institut Curie di Paris yang tidak terlibat dalam belajar, kata Live Science dalam email.
Sementara berhasil, penelitian itu dilakukan pada tikus, "dan dalam volume kecil, yang tidak terjadi pada pasien," kata Vozenin. Dengan kata lain, dalam bentuknya saat ini, teknik proton flash hanya dapat menangani area kecil jaringan pada satu waktu. Teknik ini harus ditingkatkan secara signifikan sebelum siap untuk diuji pada hewan yang lebih besar, dan akhirnya manusia, katanya.
"Keterbatasan utama terletak pada tingkat dosis," tambah Favaudon. Penelitian menunjukkan bahwa jaringan yang sehat mulai menimbulkan kerusakan jika terkena radiasi kilat selama lebih dari 100 milidetik, katanya. "Memberikan dosis dalam pulsa mikrodetik tunggal selalu lebih baik. Jadi, tantangannya adalah meningkatkan laju dosis dengan faktor dua hingga lima atau bahkan lebih."
Cengel dan rekan-rekannya berencana untuk terus mengoptimalkan alat dan teknik mereka sambil bekerja untuk menentukan tingkat dosis apa yang memberikan manfaat paling terapeutik. Dengan cara ini, tim akan melakukan uji klinis tetapi dengan hewan sebagai subyek awal. Sementara itu, Vozenin dan rekan-rekannya akan segera meluncurkan uji klinis pertama pada pasien manusia untuk menguji teknik flash mereka sendiri. Menggunakan elektron berenergi rendah, mereka bertujuan untuk mengobati tumor superfisial, seperti yang terlihat pada kanker kulit.
"Jika kita dapat memvalidasi konsep flash dalam volume besar dan dalam aplikasi klinis, maka itu mungkin akan mengubah semua terapi radiasi," kata Vozenin. Dia mengatakan dia berharap bahwa beberapa versi radiasi flash mungkin tersedia secara luas untuk pasien kanker dalam 10 tahun ke depan. Favaudon mengatakan bahwa perawatan yang menargetkan tumor permukaan, serta yang terpapar melalui operasi, dapat siap dalam dua tahun. Teknik menggunakan elektron berenergi tinggi dan balok proton bisa siap dalam lima hingga 10 tahun, katanya.
Dengan anggapan bahwa kilang mengikis jalan menuju pasien manusia yang sebenarnya, teknik ini dapat memungkinkan dokter untuk menargetkan tumor yang pernah menentang perawatan dengan radiasi, kata Cengel.
"Kami benar-benar dapat mengobati hal-hal yang tidak mungkin untuk mengobati dan menyembuhkan orang yang tidak mungkin disembuhkan," katanya. "Jelas, sebutir garam besar untuk semua itu."
