Revista >> Septembrie 2016 [Nr. 187] >> Cercetare & Invatamant superior

Democratizarea tratamentului cancerului câştigă teren cu contribuţie românească

Mihaela Ghita

22 Septembrie 2016

• Un studiu ce are coautor un fizician român va creşte eficienţa radioterapiei cu raze X şi va reduce semnificativ costurile acesteia

Dr. fiz. Cătălin Miron, cercetător științific gradul I in cadrul ELI-NP, şi prof. Kiyoshi Ueda de la Universitatea Tohoku din Sendai (Japonia) au descifrat mecanismul de acțiune al substanțelor radio-sensibilizatoare folosite în tratamentul cancerului, oferind totodată și o explicație ştiinţifică. În urma iradierii cu raze X dure a unei molecule de ioduracil rezultă un cocktail de radiații ionizante, o „baie de radiații” care duc la moartea celulară și astfel la distrugerea țesutului tumoral. Rezultatele acestui studiu vor conduce la crearea de noi substanțe farmaceutice cu proprietăți de radio-sensibilizare, care vor contribui la îmbunătățirea eficacității tratamentului cancerului prin radiații.

La fiecare 6 secunde, în lume un om moare de cancer. 5 646 378 de persoane au murit anul acesta din pricina unei forme de cancer și până veți termina de citit această propoziție se vor mai fi stins încă 10 oameni.
În sprijinul pacienţilor, radioterapia cu raze X este una din etapele importante în protocoalele de tratament al cancerului, o procedură care poate vindeca pacientul sau poate fi folosită ca procedură adjuvantă. Dezavantajul major al radioterapiei cu raze X se manifestă în cazul tumorilor solide, adânci, când fascicolul de raze X traversează țesutul sănătos, atât la intrarea în organism, cât și la ieșire, după traversarea țesutului tumoral. Aceasta iradiere pe o zonă mai mare decât volumul tumoral propriu-zis are efecte secundare, ce conduc la osteoporoză, recidive sau cancere secundare care pot apărea într-un termen de circa 5 ani de la aplicarea schemei de tratament cu radioterapie.
Problema specialiștilor este de a identifica o metodă care să ofere acces țintit către tumoră și, care, în loc să trimită o cantitate mare de radiație, din care o mică parte să distrugă țesutul malign, să transmită o doză mai mică, cu efect local, doar asupra țesutului tumoral, permițând reducerea efectelor secundare. O posibilă soluție este găsirea unei modalităţi de a mări semnificativ efectul genotoxic al radiațiilor numai pentru celulele tumorale, ceea ce ar permite diminuarea dozelor de radiație folosite pentru obținerea unui același efect terapeutic și ar reduce în mod semnificativ afectarea țesutului sănătos străbătut de radiații, înainte de a atinge tumora.
Oncologii au observat că anumite substanțe chimice au un rol radiosensibilizator, de potențare a efectului radiațiilor. Soluția găsită de mai multe decenii de către terapeuți este injectarea intra-tumorală a acestor substanțe radio-sensibilizatoare, prealabil ședințelor de iradiere. Cu toate acestea, doar un număr limitat de astfel de substanțe a fost descoperit în mod empiric, iar modul lor de acțiune rămâne un mister până în prezent.
Dr. Cătălin Miron, cercetător științific gradul I la ELI-NP, şi prof. Kiyoshi Ueda de la Universitatea Tohoku au reuşit însă să descifreze mecanismul de acţiune al unei astfel de substanţe. „În cadrul experimentelor noastre din Japonia, am iradiat una dintre aceste substanțe, numită iodouracil, cu un fascicul foarte intens de raze X-dure produse de laserul cu electroni liberi SACLA și am colectat şi analizat toate particulele emise în urma acestei iradieri. Observația fundamentală pe care am făcut-o este că pe lângă electronii de energie redusă și cu efect genotoxic cunoscut este produs și un număr mare de ioni atomici energetici drept consecință a acestei interacțiuni”, explică dr. Cătălin Miron.

Să înţelegem că ioduracilul este substanța care se injectează în tumoră și în momentul în care fascicolul de raze X atinge tumora substanța se descompune și produce un efect în lanț, un fel de mică explozie din care rezultă și alte radiații cu efect genotoxic asupra celuleor canceroase?
Cătălin Miron: Într-adevăr, acești ioni formează o „baie de radiații” locală, la nivelul tumorii, atunci când substanța se injectează în prealabil. „Baia de radiații” conduce la moartea celulară și astfel la distrugerea țesutului tumoral.

Ce consecințe decurg din explicarea acestui mecanism? Care sunt potențialele aplicații?
Cătălin Miron: Consecințele sunt deosebit de importante: cunoașterea mecanismului molecular de acțiune a substanțelor radio-sensibilizatoare va permite specialiștilor conceperea în mod riguros a unei serii de noi molecule cu proprietăți de radio-sensibilizare, care să ducă, pe de o parte la îmbunătățirea eficacității tratamentului cancerului prin radiații și, pe de altă parte, la diminuarea efectelor lui secundare.

În ce fel este implicat ELI-NP în această cercetare?
Cătălin Miron: În cadrul proiectului de cercetare la care am contribuit personal, ELI-NP a fost unul din partenerii cheie ai unei echipe multinaționale de cercetători de pe trei continente : Japonia (acolo unde programul experimental a și fost pus la punct și realizat), Finlanda, SUA, Franța, China și Coreea. În afară de participarea la realizarea programului experimental din Japonia, ELI-NP a participat și la laborioasa fază de analiză și interpretare a datelor experimentale. Dar cea mai importantă contribuție este propunerea unui model nou, bazat pe observațiile făcute la nivel microscopic, care au făcut lumină în ceea ce privește eficacitatea sporita a terapiilor anti-cancer cu radiații (radioterapii) în cazul utilizării locale a anumitor substanțe chimice numite radio-sensibilizatori.
În mod evident, acest rezultat nu a fost obținut în mod izolat sau întâmplător: el are la bază un solid program de cercetare în domeniul radiobiologiei, în curs de desfășurare de mai mulți ani, cât şi o fructuoasă colaborare de aproape 20 de ani între colectivul de cercetare pe care l-am dirijat în Franța până în 2014 și echipa profesorului Kiyoshi Ueda, de la Universitatea Tohoku din Sendai, care a coordonat programul experimental de la laserul cu electroni liberi în domeniul razelor X (SACLA) din Japonia.

Care este deschiderea pe care acest program de cercetare o oferă pentru ELI-NP și pentru România, în general?
Cătălin Miron: Pe de o parte, echipamentele de cercetare disponibile la ELI-NP, care vor fi cu totul şi cu totul unice în lume, vor putea da un impuls fără precedent acestui tip de cercetare. De exemplu, interacțiunea dintre fasciculul laser de mare putere (aproximativ a zecea parte din puterea radiată de soare către pământ) și diferite ținte duce la formarea unui „cocktail” de radiații (electroni, protoni, ioni, de energii considerabile, radiații X și gamma), al căror efect asupra diferitelor molecule sau țesuturi va putea fi studiat. O direcție de cercetare cu totul și cu totul fascinantă este bazată pe capacitatea acestor laseri de a produce, în urma interacțiunii cu materia, fascicule de protoni de energie înaltă, care pot reprezenta o alternativă foarte avantajoasa fasciculelor de raze X în tratamentele cancerului cu radiații. Avantajul protonilor și al ionilor ușori este faptul că prin ajustarea caracteristicilor fasciculului se poate controla locul unde se realizează transferul de energie către țesutul tratat. Astfel, crește eficacitatea distrugerii țesutului tumoral și se diminuează efectele secundare asupra țesutului sănătos.
Costurile acceleratoarelor de particule folosite în prezent pentru tratamentul țintit al cancerului (hadronterapie) sunt extrem de mari, ceea ce face ca accesul la astfel de intervenții să fie restrictiv. De aceea, deschiderea drumului către noi substanțe radio-sensibilizatoare pe de o parte, si dezvoltarea de noi metode de producere a fasciculelor de protoni energetici, pe de altă parte, care să conducă la o radioterapie mai eficientă și cu efecte secundare reduse, este o variantă spre democratizarea tratamentului împotriva cancerului, astfel încât să fie accesibil cât mai multor pacienți, în timp ce costurile pentru societate s-ar vedea diminuate.

Confirmare internaţională
Rezultatul experimentatorilor și teoreticienilor implicați în această cercetare internațională a fost publicat în Physical Review X, revistă de primă importanță a APS – Societatea Americană de Fizică, și urmează să fie publicate și în Faraday Discussions, revista Societății Regale de Chimie.
Concluzia la care s-a ajuns în urma acestor studii este că substanțele radio-sensibilizatoare de tipul ioduracil iradiate cu fascicul de raze X produc un „mix de radiații”, constând în ioni energetici, al căror efect de distrugere locală se adaugă celui genotoxic, deja cunoscut, al electronilor de energie joasă. „Ne așteptăm ca producerea „mixului de radiații” descoperită aici să contribuie la înțelegerea în ansamblu a modului în care funcționează radio-sensibilizatorii la nivel molecular și să inspire conceperea de noi medicamente de radio-sensibilizare, ameliorând astfel eficienţa radioterapiilor”, afirmă dr. Cătălin Miron, care a contribuit la realizarea experimentală și la interpretarea acestor rezultate.
„Prezentul studiu indică de asemenea în mod clar faptul că la interacția cu radiația laserului X cu electroni liberi doar atomii de hidrogen au timp să se deplaseze semnificativ, în vreme ce legăturile dintre atomii mai grei se alungesc doar puțin. Acest rezultat validează astfel și metodologia pentru imagistica difractivă single-shot a bio-macromoleculelor, confirmând laserul cu electroni liberi în domeniul razelor X ca fiind un instrument fiabil”, declară prof. Kiyoshi Ueda.