Radioterapia śródoperacyjna od lat uznawana jest za jedną z najbardziej precyzyjnych metod leczenia nowotworów. Jej idea jest prosta, choć technologicznie niezwykle wymagająca. Promieniowanie trafia bezpośrednio do miejsca po usuniętym guzie jeszcze w trakcie operacji, zanim rana zostanie zamknięta. Dzięki temu możliwe jest zniszczenie komórek nowotworowych, które mogły pozostać w loży pooperacyjnej, przy jednoczesnym ograniczeniu napromienienia zdrowych tkanek.

Skuteczność takiej terapii zależy jednak nie tylko od samego akceleratora generującego promieniowanie. Równie istotne są elementy, które pozwalają tę energię skierować dokładnie tam, gdzie jest potrzebna. Właśnie w tym obszarze pojawiło się nowe rozwiązanie opracowane przez naukowców z Narodowego Centrum Badań Jądrowych. Badacze stworzyli innowacyjny aplikator przeznaczony do współpracy z akceleratorem śródoperacyjnym AQURE. Choć na pierwszy rzut oka może wydawać się jedynie elementem technicznym aparatury, w praktyce decyduje o bezpieczeństwie i skuteczności całej procedury.

Radioterapia śródoperacyjna polega na jednorazowym napromienieniu tkanek bezpośrednio po wycięciu nowotworu, jeszcze na sali operacyjnej. W tym momencie kluczowe znaczenie ma sposób formowania wiązki promieniowania. To właśnie aplikator odpowiada za jej odpowiednie ukierunkowanie i równomierne rozłożenie dawki. Musi on jednocześnie minimalizować rozproszenie promieniowania i umożliwiać bezpieczną pracę zespołu chirurgicznego.

Zaprojektowanie takiego elementu okazało się wyzwaniem znacznie większym, niż mogłoby się wydawać. Konstrukcja aplikatora musi spełniać wiele pozornie sprzecznych wymagań. Powinna być lekka, przezroczysta i biokompatybilna, a jednocześnie odporna na działanie promieniowania. Dodatkowo jego ścianki powinny być możliwie cienkie, aby ograniczyć wielkość nacięcia chirurgicznego, ale równocześnie wystarczająco wytrzymałe, by zapewnić stabilność całej konstrukcji.

Nad rozwiązaniem tego problemu pracował zespół badaczy we współpracy z Wielkopolskim Centrum Onkologii oraz centrum druku 3D CADXPERT. Analizy obejmowały zarówno symulacje komputerowe, jak i testy różnych materiałów oraz wariantów konstrukcyjnych.

Wyniki badań pokazały, że materiały tradycyjnie stosowane w konstrukcjach technicznych nie spełniają wszystkich wymagań jednocześnie. Stal, aluminium czy pleksi prowadziły albo do nadmiernej masy urządzenia, albo wymagały zbyt grubych ścianek, co czyniło je niepraktycznymi w warunkach sali operacyjnej.

Przełom nastąpił dopiero po zmianie samej koncepcji konstrukcyjnej. Zamiast prostych ścianek zastosowano formę, która stopniowo zwęża się w kierunku końcówki wprowadzanej do ciała pacjenta. Takie rozwiązanie pozwoliło zachować stabilność przy głowicy akceleratora, a jednocześnie ograniczyć ingerencję chirurgiczną.

Równie ważny okazał się wybór technologii produkcji. Zastosowanie przezroczystej, biokompatybilnej żywicy MED610 oraz technologii druku 3D umożliwiło odwzorowanie skomplikowanej geometrii aplikatora z bardzo dużą dokładnością. Wykorzystana technika PolyJet pozwoliła stworzyć element, którego wykonanie przy użyciu tradycyjnych metod produkcyjnych byłoby znacznie trudniejsze.

Kluczowym etapem prac były pomiary dozymetryczne, które potwierdziły, że opracowany aplikator spełnia wszystkie wymagania stawiane urządzeniom stosowanym w radioterapii śródoperacyjnej. Oznacza to, że wiązka promieniowania może być dostarczana w sposób kontrolowany i bezpieczny.

Znaczenie tego rozwiązania wykracza poza jeden konkretny projekt. Nowy aplikator jest dostosowany do realiów pracy na sali operacyjnej, co ułatwia jego stosowanie przez lekarzy i zwiększa komfort pacjentów. Jednocześnie stanowi przykład tego, jak technologie addytywne mogą zmieniać współczesną medycynę. Druk 3D coraz częściej pojawia się w projektowaniu implantów, narzędzi chirurgicznych czy elementów aparatury medycznej. W przypadku radioterapii śródoperacyjnej otwiera to drogę do kolejnego kroku, czyli tworzenia aplikatorów dopasowanych do indywidualnej anatomii pacjenta i konkretnego rodzaju zabiegu.

Jeśli ten kierunek rozwoju zostanie utrzymany, przyszłość radioterapii może oznaczać nie tylko coraz bardziej precyzyjne napromienianie nowotworów, lecz także rozwiązania projektowane niemal na miarę pojedynczego pacjenta.

Źródło: Narodowe Centrum Badań Jądrowych

Wywiad Medicalpress z prof. Thomasem „Rock” Mackie, światowej sławy fizykiem medycznym i wynalazcą, który odegrał kluczową rolę w rozwoju nowoczesnej radioterapii – zwłaszcza tomoterapii, zaawansowanej formy radioterapii sterowanej obrazowaniem. Jest przewodniczącym zarządu Leo Cancer Care, a od 2018 roku wiceprzewodniczącym Międzynarodowej Komisji ds. Jednostek Radiacyjnych i Pomiarów (ICRU).

Redaktor: Odegrał Pan kluczową rolę w rozwoju tomoterapii, która zrewolucjonizowała radioterapię dzięki integracji obrazowania i leczenia. Jaki przełom to umożliwił?

W tomoterapii było kilka przełomowych odkryć. Pierwsze dotyczyło zrozumienia, że można przerwać wachlarzykową wiązkę promieniowania za pomocą szeregu materiałów o wysokiej liczbie atomowej. Czas odsłonięcia takiego „listka” kolimatora określał intensywność wiązki, co pozwoliło na opracowanie radioterapii z modulacją intensywności (IMRT).

Następnie rozpoczęliśmy prace nad stworzeniem systemu planowania leczenia, żeby zobaczyć, jak wyglądałby rozkład dawki promieniowania. Okazało się, że osiągnięte rozkłady dawek były wówczas bezkonkurencyjne.

Kolejny przełom polegał na zrozumieniu, że wiązkę należy obracać wokół pacjenta. Tam, gdzie nie chcieliśmy, aby docierało napromienianie, wszystkie „listki” były zamknięte, co dawało bardzo niewielką dawkę w tym obszarze — rzędu pół procenta. W praktyce oznaczało to brak szkodliwego odziaływania dla pacjenta. Zauważyliśmy też, że taki sposób działania przypomina tomograf komputerowy. W końcu doszliśmy do wniosku, że tak jak w nowoczesnych tomografach, trzeba powoli przesuwać pacjenta przez wiązkę.
W rezultacie uzyskaliśmy możliwość helikalnego podawania wąskiej wiązki promieniowania z bardzo wysokim stopniem modulacji. Nadal jest to metoda zapewniająca najwyższy poziom modulacji w radioterapii IMRT.

Redaktor: Jako przewodniczący Rady Nadzorczej w Leo Cancer Care skupia się Pan teraz na rozwiązaniach radioterapii w pozycji stojącej. W jaki sposób innowacje w dziedzinie radioterapii i tomoterapii — jako nowej metody — różnią się od tradycyjnych podejść i jakie korzyści przynoszą zarówno pacjentom, jak i klinicystom?

Pomysł pionowej pozycji pacjenta pierwotnie najbardziej pasował do radioterapii wiązkami cząstek (tzw. particle therapy). Jest ona obecnie dość rzadka, bo jest bardzo kosztowna. Dzisiejsze gantry (suwnice), które obracają wiązkę wokół leżącego pacjenta, wymagają ogromnych, kilkupiętrowych budynków przystosowanych do ochrony przed promieniowaniem. Budowa takiego obiektu jest tak samo kosztowna jak samo urządzenie. Umieszczenie pacjenta w pozycji pionowej i obracanie go pozwala na skonstruowanie dużo mniejszego systemu, który kosztuje mniej więcej połowę tego, co tradycyjne rozwiązania — gdyż nie potrzeba tak dużego budynku. To było główne odkrycie dot. kwestii pozycji pionowej. Okazało się też, że poza redukcją kosztów, istnieją dodatkowe zalety leczenia pacjenta w pozycji pionowej.

Redaktor: Jakie są trzy najważniejsze fakty, które powinniśmy znać na temat tomoterapii?

Trzy fakty istotne z punktu widzenia pacjentów, to:

1. Bardzo wysoka jakość rozkładów dawek – można osiągnąć znakomite rozkłady dawki przy radioterapii opartej na promieniowaniu rentgenowskim, co pozwala chronić newralgiczne struktury otaczające guz. Przykładowo, w leczeniu nowotworów kręgosłupa można znacząco obniżyć dawkę, która trafia do rdzenia kręgowego.
2. Precyzyjne omijanie wrażliwych obszarów – w leczeniu guzów mózgu unika się napromieniania skrzyżowania wzrokowego czy nerwów wzrokowych. Przy guzach w pobliżu zatok można zmniejszyć ekspozycję w szczególnie istotnych rejonach.
3. Możliwość napromieniania rozległych pól – w razie potrzeby można naraz objąć leczeniem rozległe obszary mózgu i rdzenia kręgowego, na przykład przy napromienianiu czaszkowo-rdzeniowym u dzieci z medulloblastomą (rdzeniakiem zarodkowym), gdzie trzeba podać dawkę na cały mózg i rdzeń.

Redaktor: Ma Pan wieloletnie doświadczenie w Międzynarodowej Komisji Jednostek i Pomiarów Promieniowania (International Commission on Radiation Units and Measurements). Jak Pana zdaniem będą się zmieniały światowe standardy w obszarze spersonalizowanej i obrazowanej radioterapii?

Radioterapia prowadzona z wykorzystaniem obrazowania (image-guided RT) jest dziś standardem. Tomoterapia zapoczątkowała takie podejście – był to pierwszy aparat terapeutyczny, w którym zastosowano tomograf komputerowy w jednym urządzeniu. Obecnie praktycznie wszystkie urządzenia używane w radioterapii potrafią w jakiejś formie wykonać skan TK.

W krajach wysoko rozwiniętych ta technologia jest już powszechna. Teraz zaczyna się też rozwijać w państwach o średnim i niskim dochodzie. Kolejnym krokiem jest sprawienie, aby ten proces był szybszy, a sama technologia tańsza. Potrzebujemy zaprojektować systemy, które będą dostępne w tych regionach i pozwolą leczyć większą liczbę pacjentów. To również cel Leo Cancer Care: przygotować rozwiązania możliwe do wdrożenia w krajach rozwijających się.

Redaktor: I ostatnie pytanie. Polska i inne kraje Europy Środkowej oraz Wschodniej pracują nad modernizacją infrastruktury onkologicznej. Z Pana perspektywy, jakie kluczowe inwestycje powinny podjąć kraje, aby poprawić dostęp do radioterapii i wyniki leczenia?

Osoby decydujące o systemie opieki medycznej powinny pamiętać, że radioterapia jest dziś bardzo efektywną kosztowo metodą leczenia. Jeśli spojrzymy na powody, dla których dana osoba zostaje wyleczona z raka, chirurgia może nadal jest istotna, ale to właśnie radioterapia jest kluczowa w osiąganiu wyzdrowień (napromienianie po operacji). W przeciwieństwie do operacji można jej użyć także do leczenia przerzutów. Ważne jest więc zapewnienie wysokiej jakości radioterapii. W Stanach Zjednoczonych oraz w krajach wysoko rozwiniętych aż 60% pacjentów onkologicznych jest poddawanych radioterapii. W niektórych krajach ten odsetek jest niższy, ale powinien wynosić co najmniej 60%. Uważam też, że wskazania do radioterapii się poszerzają, a nie kurczą. Warto przy tym pamiętać, że choć drogie leki na zaawansowane stadia nowotworu (np. IV) mogą przedłużać życie, ich koszty są ogromne. Radioterapia natomiast zapewnia świetny stosunek wartości do ceny, biorąc pod uwagę zarówno jakość, jak i lata życia, które można w ten sposób zyskać.

Przeczytaj także: Nowoczesna radioterapia w raku piersi: skuteczna, precyzyjna i bezpieczna

Tomoterapia to zaawansowany technologicznie akcelerator do napromieniania z modulacją intensywności wiązki (IMRT). Technologia pozwala na dostarczenie zaplanowanej dawki promieniowania do guza nowotworowego z oszczędzeniem tkanki zdrowej. Dawka promieniowania może zmieniać intensywność promieniowania i być podawana z wielu kierunków. W trakcie zabiegu pacjent przesuwa się wzdłuż wraz ze stołem, na którym leży, a głowica urządzenia wykonuje obroty dookoła pacjenta. To odróżnia tomoterapię od innych akceleratorów. Nowe wersje aparatów do tomoterapii pozwalają na napromienianie zmian nowotworowych w okolicach ruchomych (płuco, pierś), dzięki synchronizacji dostarczania dawki z ruchomością w okolicy napromienianej. Umożliwiają także adaptację planu leczenia w zależności od zmieniających się czynników, jak np. zmniejszenia się guza czy spadek masy ciała pacjenta.[1]

Aktualne wskazania do tomoterapii obejmują:

• Nowotwory o skomplikowanych kształtach i lokalizacjach: Szczególnie w obszarach, gdzie guzy są blisko ważnych narządów, takich jak nowotwory głowy i szyi czy mózgu. Precyzyjne napromienianie pozwala na skuteczne leczenie przy minimalizacji ryzyka uszkodzenia zdrowych tkanek. ​
• Długie obszary napromieniania: Tomoterapia umożliwia leczenie rozległych obszarów, takich jak mięsaki czy oś mózgowo-rdzeniowa, bez konieczności łączenia kilku mniejszych pól, co było trudniejsze w tradycyjnych metodach radioterapii. ​
• Napromienianie szpiku kostnego przed przeszczepem: W niektórych chorobach hematologicznych tomoterapia może zastąpić tradycyjne napromienianie całego ciała, oferując bardziej precyzyjne i bezpieczne leczenie. ​
• Nowotwory w okolicach ruchomych: Dzięki możliwości synchronizacji z ruchami oddechowymi, tomoterapia jest stosowana w leczeniu nowotworów płuc czy piersi, gdzie precyzyjne dostarczenie dawki promieniowania jest utrudnione przez ruchomość narządów. ​
• Ponowne napromienianie: Pacjenci, którzy wcześniej byli poddani radioterapii i wymagają jej ponownego zastosowania z powodu wznowy choroby lub drugiego nowotworu, mogą skorzystać z tomoterapii. Jej precyzja pozwala na minimalizację ryzyka powikłań w już napromienianych tkankach. ​

W Polsce tomoterapia jest dostępna w kilku ośrodkach onkologicznych, m.in. w Narodowym Instytucie Onkologii w Warszawie, Wielkopolskim Centrum Onkologii w Poznaniu, Centrum Onkologii w Gliwicach, Centrum Onkologii Ziemi Lubelskiej w Lublinie, Uniwersyteckiem Szpitalu Klinicznych w Krakowie oraz Świętokrzyskim Centrum Onkologii w Kielcach.

Może Cię zainteresować: Rola innowacyjnej radioterapii stereotaktycznej w leczeniu raka płuca

[1] Aktualizacja raportu „Radioterapia w Polsce w świetle zmian systemowych” (z 2021 r.) – aktualne wyzwania