Лучевая терапия – это проверенный временем подход к уничтожению раковых клеток, которые покидают нож или недоступны для хирургии. Тем не менее, это имеет свои риски и ограничения. Теперь новое исследование, опубликованное в журнале Scientific Reports указывает на новый многообещающий способ предоставления местно-агрессивной лучевой терапии при раке с использованием элемента гадолиния. Когда наночастицы кремнезема, содержащие гадолиний, поглощаются раковыми клетками и подвергаются воздействию монохроматического пучка излучения с правильной энергией, они возбуждаются и высвобождают электроны низкой энергии, которые вызывают летальное повреждение раковых клеток.

<img alt=" Лучевая терапия "height =" 633 "src =" data: image / gif; base64, R0lGODlhAQABAIAAAAAAAP /// yH5BAEAAAAALAAAAAABAAEAAAIBRAA7 "data-src = 2? % 2fradiation-therapy.jpg "data-data-title =" лучевая терапия "width =" 950 "class =" lazy-load-image "/> Mark_Kostich Shutterstock

Обзор лучевой терапии

Лучевая терапия использует пучки электромагнитных волн высокой энергии для уничтожения раковых клеток. Наиболее распространенный тип используемого излучения включает рентгеновские лучи. Тем не менее, протоны и другие источники энергии также используются. Используются как внешние, так и внутренние источники излучения, но лучевая терапия обычно относится к внешнему пучку излучения.

Внешнее излучение исходит от внешнего источника вне тела и может использовать несколько коллимированных или сфокусированных лучей, чтобы как можно более избирательно воздействовать на опухоль и непосредственно прилегающие области, обеспечивая при этом здоровые клетки, избавленные от токсических доз радиации. Внутреннее излучение работает от имплантированного источника излучения, такого как брахитерапия, которая использует радиоактивные семена или провода, вставленные в опухоль или рядом с ней.

Другим источником внутреннего излучения является радиоактивная жидкость, которая переносится кровью для лечения раковых клеток, которые могут распространяться по всему организму. Это делает жидкости организма радиоактивными в течение некоторого времени. Новым и чрезвычайно перспективным методом лучевой терапии является таргетная радионуклидная терапия. Это использует радиоактивную частицу в сочетании с молекулой, подобной искусственному антителу, которое избирательно прикрепляется только к раковым клеткам. Это также называется молекулярной радиотерапией.

Излучение эффективно при раке, потому что оно повреждает клеточные мембраны и органеллы, или компоненты клетки, из которых наиболее чувствительным является ядро, которое содержит ДНК или генетическую схему клетки. Как только ДНК непоправимо повреждена, клетка становится нежизнеспособной и умирает, разрушаясь и удаляясь. Однако, чтобы избежать ненужной токсичности для здоровых клеток, лучевая терапия избегает использования волн очень высокой энергии. Вместо этого кумулятивное повреждение наносится раковым клеткам, подвергаясь их воздействию меньших доз радиации. ДНК поражается снова и снова вредными, но сублетальными дозами энергии, чтобы в итоге достичь смертельной дозы в течение недель и месяцев. Этот эффект сохраняется в течение различных периодов, от недель до месяцев, после окончания лечения.

Тело может переносить только ограниченное количество радиации из-за повреждения, которое оно наносит. Таким образом, лучевая терапия обычно не повторяется для одной и той же части тела. Тем не менее, он может быть передан другой части тела, при условии, что он находится достаточно далеко от первого, чтобы облученная область не разделяла общую границу с первой областью.

Гадолиниевое возбуждение и лучевая терапия

Известно, что гадолиний является радиосенсибилизатором, поскольку он поглощает энергию пучка излучения и, таким образом, усиливает радиационно-индуцированное образование ионизирующих свободных радикалов, которые представляют собой вредные химические группы, которые вызывают повреждение живых клеток после воздействия радиации. Таким образом, эти клетки более уязвимы, чем нормальные клетки, к вредному воздействию радиации. Это позволяет либо уменьшить дозу облучения, увеличивая таким образом запас прочности, либо увеличить процент погибших клеток при проведении лучевой терапии.

Однако свойство, делающее гадолиний таким полезным в текущем эксперименте, не является радиосенсибилизацией. Вместо этого этот элемент может испускать высокоэнергетические электроны при прохождении луча высокочастотного рентгеновского излучения, настроенного на нужную длину волны. Фактически, рентгеновское излучение увеличивает количество рентгеновского излучения, доступного на месте рака.

Это решает одну из основных проблем современной лучевой терапии, когда только небольшое количество рентгеновских лучей действительно достигает опухоли ».

Исследователь Киото Мацумото

Лучевая терапия основана на использовании рентгеновских лучей различных уровней энергии, но волны низкой энергии не могут проникать через поверхность тела. Рентгеновские лучи, которые имеют один энергетический уровень, называются монохроматическими, в отличие от полихроматической природы типичных рентгеновских лучей. Исследователи стремились изменить ситуацию, используя монохроматическое рентгеновское излучение для ударов по специальным элементам, таким как гадолиний, которые реагируют на радиационный удар потоком токсичных для ткани электронов. Электроны могут смертельно отключить и убить опухолевые клетки.

Как проводился эксперимент

Для достижения своей цели ученые взяли наночастицы кремнезема, в которые был встроен гадолиний, и инкубировали их с раковыми клетками в 3D-культуре. Полученная опухоль содержала клетки, которые занимали наночастицы, которые располагались непосредственно за пределами клеточного ядра.

Исследователи взяли образцы этих опухолей в центр синхротона, здание Spring-8 в Хариме, Япония. Там образцы подвергались монохроматическому рентгеновскому излучению, настроенному на одинаковый уровень энергии, то есть 50,25 килоэлектрон вольт (кэВ). Рентгенограмма продолжалась в течение одного часа.

Затем они ожидали результатов, держа опухоль под наблюдением. Всего за два дня все раковые клетки умерли. Нагруженные гадолинием наночастицы вблизи ядра испускали низкоэнергетические электроны, которые взрывали высококритическую ДНК клетки, а также распространялись сквозь нее. Это привело к полному разрушению жизнеспособности клеток.

Когда уровень энергии был снижен, эффект был субоптимальным. Это связано с тем, что энергия излучения, которое возбуждает гадолиний до момента высвобождения электронов, очень специфична. Точно так же, просто облучающие клетки, которые не содержат наночастиц, нагруженных гадолинием, не имели никакого эффекта.

Наше исследование демонстрирует, что может быть разработан новый тип лучевой терапии рака. Мы можем ожидать лучевую терапию с повышенной эффективностью и меньшими побочными эффектами ».

Исследователь Фуюхико Таманои