El físico médico Dr. Aswin Hoffmann y su equipo del Instituto de Radiooncología — OncoRay del Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) han combinado la resonancia magnética (MRI) con un haz de protones, demostrando así por primera vez que, en principio, Este método de obtención de imágenes de uso común puede funcionar con tratamientos de cáncer de haz de partículas. Esto abre nuevas oportunidades para terapia contra el cáncer con conservación de tejido sano. Los investigadores han publicado sus resultados en la revista Física en Medicina y Biología .

La radioterapia ha sido durante mucho tiempo parte de la práctica estándar del tratamiento oncológico. Se deposita una cantidad específica de energía en el tejido tumoral, donde daña el material genético de las células cancerosas, impidiendo que se dividan, e idealmente destruirlos. La forma de radioterapia que se usa con más frecuencia en la actualidad se llama terapia de fotones. que utiliza rayos X de alta energía. Aquí, una parte sustancial del haz penetra en el cuerpo del paciente, depositar una dosis nociva en el tejido sano que rodea el tumor.

Los núcleos atómicos como armas contra el cáncer

Una alternativa es la radioterapia con núcleos atómicos cargados como los protones. La profundidad de penetración de estas partículas depende de su energía inicial. Liberan su dosis máxima al final de su trayectoria. No se depositará ninguna dosis más allá de este denominado "pico de Bragg". El desafío para los médicos que administran este tipo de terapia es controlar el haz de protones exactamente para que coincida con la forma del tejido tumoral y, por lo tanto, conservar la mayor cantidad posible de tejido normal circundante. Antes del tratamiento, realizan una tomografía computarizada (TC) basada en rayos X para seleccionar su volumen objetivo.

"Esto tiene varias desventajas, "Dice Hoffmann." En primer lugar, el contraste de tejidos blandos en las tomografías computarizadas es deficiente, y en segundo lugar, la dosis se deposita en el tejido sano fuera del volumen objetivo ". Además de esto, La terapia de protones es más susceptible al movimiento de los órganos y a los cambios anatómicos que la radioterapia con rayos X, lo que perjudica la precisión de la focalización en el tratamiento de tumores móviles. En el presente, no existe una forma directa de visualizar el movimiento del tumor durante la irradiación. Ese es el mayor obstáculo a la hora de utilizar la terapia de protones. "No sabemos exactamente si el haz de protones impactará en el tumor como estaba planeado, "Explica Hoffmann. Por lo tanto, los médicos de hoy tienen que utilizar grandes márgenes de seguridad alrededor del tumor. "Pero eso daña más tejido sano de lo que sería necesario si la radiación fuera más dirigida. Eso significa que todavía no estamos explotando todo el potencial de la terapia de protones".

Primer prototipo para la terapia de partículas guiada por RM

Hoffmann y su equipo quieren cambiar eso. En cooperación con el fabricante belga de equipos de terapia de protones IBA (Ion Beam Applications SA), El objetivo de este grupo de investigación es integrar la terapia de protones y la resonancia magnética en tiempo real. A diferencia de las imágenes de rayos X o TC, La resonancia magnética proporciona un excelente contraste de tejidos blandos y permite obtener imágenes continuas durante la irradiación. "Ya existen dos dispositivos híbridos de este tipo para uso clínico en la terapia de fotones guiada por RM, pero no existe ninguno para la terapia de partículas".

Esto se debe principalmente a las interacciones electromagnéticas entre el escáner de resonancia magnética y el equipo de terapia de protones. Por un lado, Los escáneres de resonancia magnética necesitan campos magnéticos muy homogéneos para generar imágenes geométricamente precisas. El haz de protones por otra parte, se genera en un ciclotrón, un acelerador circular en el que los campos electromagnéticos fuerzan a las partículas cargadas a seguir una trayectoria circular y las aceleran. El haz de protones también es dirigido y moldeado por imanes, cuyos campos magnéticos pueden interferir con el campo magnético homogéneo del escáner de resonancia magnética.

"Cuando lanzamos el proyecto hace tres años y medio, muchos colegas internacionales se mostraron escépticos. Pensaron que era imposible operar un escáner de resonancia magnética en un haz de protones debido a todas las perturbaciones electromagnéticas, "Explica Hoffmann." Sin embargo, pudimos demostrar en nuestros experimentos que un escáner de resonancia magnética puede operar en un haz de protones. Las imágenes de alto contraste en tiempo real y la dirección precisa del haz de protones no son mutuamente excluyentes ". Muchos expertos predijeron que se produciría otra dificultad a partir del comportamiento del haz de protones:cuando las partículas cargadas eléctricamente se mueven en el campo magnético de un escáner de resonancia magnética, Las fuerzas de Lorentz desviarán el rayo de su trayectoria recta. Sin embargo, los investigadores pudieron demostrar que esta desviación se puede anticipar y, por lo tanto, corregir.

Para explorar estas interacciones mutuas, Hoffmann y su equipo utilizaron la sala experimental del Centro Nacional de Investigación Radiológica en Oncología — OncoRay.

"Nuestra misión es individualizar biológicamente la terapia de protones y optimizarla tecnológicamente hacia sus límites físicos, "dice Hoffmann, jefe del grupo de investigación sobre radioterapia guiada por RM en el HZDR. OncoRay tiene su propio ciclotrón para enviar el haz de protones a la sala de terapia y a la sala experimental. Hoffmann y sus colegas utilizaron este último para sus actividades de investigación. Con el apoyo de IBA y la Unidad de MRI Paramed de ASG Superconductors SpA, instalaron un escáner de resonancia magnética abierto en el camino del haz de protones, realización del primer prototipo del mundo de terapia de partículas guiada por RM. "Tenemos la suerte de tener una sala experimental que es lo suficientemente grande para acomodar un escáner de resonancia magnética. Esa es una de las características únicas de OncoRay".

Rodilla fantasma salchicha mixta y desvío predecible

Para sus experimentos con este primer prototipo, inicialmente usaron lo que se llama un fantasma de rodilla, un pequeño cilindro de plástico lleno de un líquido de contraste acuoso y una variedad de piezas de plástico de diferentes formas. Hoffmann y su equipo lo utilizaron para realizar análisis cuantitativos de la calidad de la imagen. En una segunda serie de experimentos, los investigadores utilizaron un trozo de salchicha mixta de Dresde. "Cuando el grupo de investigación holandés estudió imágenes para su dispositivo de fototerapia guiada por RM en 2009, usaron chuleta de cerdo, "Dice Hoffmann". En 2016, Investigadores australianos demostraron su dispositivo de terapia de fotones de resonancia magnética en un filete de canguro. Dado que también queríamos volvernos regionales para nuestro prototipo en terapia de partículas guiada por RM, utilizamos salchicha mixta de Dresde ". Tanto la serie de experimentos con el fantasma como con la salchicha mostraron que los campos magnéticos de la terapia de protones no distorsionaban la imagen. Simplemente provocaban cambios menores en la imagen de RM, que puede corregirse.

Actualmente, el proyecto está entrando en su próxima fase. El objetivo es desarrollar el primer prototipo del mundo para la terapia de partículas guiada por RM que sea aplicable para uso clínico.