сотрудник
Россия
сотрудник
Россия
сотрудник
Национальный медицинский исследовательский центр онкологии им. Н.Н. Блохина Минздрава России (старший научный сотрудник)
сотрудник
Россия
сотрудник
Россия
сотрудник
Россия
ГРНТИ 76.03 Медико-биологические дисциплины
ГРНТИ 76.33 Гигиена и эпидемиология
ОКСО 14.04.02 Ядерные физика и технологии
ОКСО 31.06.2001 Клиническая медицина
ОКСО 31.08.08 Радиология
ОКСО 32.08.12 Эпидемиология
ББК 51 Социальная гигиена и организация здравоохранения. Гигиена. Эпидемиология
ББК 534 Общая диагностика
ТБК 5708 Гигиена и санитария. Эпидемиология. Медицинская экология
ТБК 5712 Медицинская биология. Гистология
ТБК 5734 Медицинская радиология и рентгенология
ТБК 6212 Радиоактивные элементы и изотопы. Радиохимия
Цель: Исследование возможностей увеличения эффективности протонной терапии за счет использования комбинированных (бинарных) технологий на снове совместного действия протонного излучения и специальных препаратов. Материал и методы: Аналитический обзор публикаций по исследованиям совместного действия протонного излучения и химических соединений, повышающих чувствительность опухолевой ткани к облучению. Результаты: За последние годы исследования повышения эффективности протонной терапии за счет использования препаратов, содержащих элементы с аномально высокими по отношению к биоткани сечениями взаимодействия протонов, проводились в двух направлениях: 1) использование ядерных реакций с образованием частиц с высокой ЛПЭ на протонах низких энергий для локализации дополнительной дозы в пике Брэгга; 2) использование процессов взаимодействия протонов и вторичных электронов его трека с наночастицами металлов с Z>52, что обеспечивает перераспределение выделенной в тканях энергии и ее локализации в опухоли. Однако небольшое количество проведенных исследований ядерной реакции 11В(p,3a) в протонной терапии и противоречивость их результатов пока не позволяют сделать окончательный вывод о перспективности использования препаратов на основе бора-11 для повышения терапевтической эффективности протонной терапии. Однако привлекательность такого подхода определяется наличием клинически испытанных бор-содержащих препаратов и их успешным применением в борной нейтронозахватной терапии. Проведенный анализ применения наночастиц металлов в исследованиях возможностей их использования в радиационной терапии показал, что, несмотря на многообещающие результаты доклинических исследований, представленные в многочисленных публикациях, до этапа клинических испытаний фазы I/II дошли только три препарата на основе наночастиц металлов. Причиной этого является факт, что механизм радиосенсибилизации, лежащий в основе предлагаемой технологии, еще до конца не изучен и не формализован. Не определены количественные соотношения между свойствами наночастиц (материал, форма, покрытие и др.), способами облучения и биологическим эффектом, в том числе и в плане терапевтической эффективности. Заключение: Необходимо проведение как фундаментальных, так и прикладных исследований для описания процессов, лежащих в основе комбинированных технологий радиационной терапии. Это позволит решить как проблему планирования лучевой терапии, принятой в существующей практике, так и проблему прогнозирования результатов применения комбинированной протонной терапии в лечении злокачественных опухолей.
протонная терапия, радиосенсибилизация, бор-11, наночастицы
1. Brahme A. Development of radiation therapy optimization. Acta Oncologica. 2000;39:479-595.
2. Van Dyk J. Advances in Modern Radiation Therapy. In: The Modern Technology of Radiation Oncology Vol.2. Madison: Medical Physics Pub Corp. 2005. 514 p.
3. Fryback DG, Craig BM. Measuring economic outcomes of cancer. J Nat Cancer Inst. Monog. 2004;33:134-41.
4. Lipscomb J, Donaldson MS, Arora NK, Brown ML, Clauser SB, Potosky AL, et al. Cancer outcomes research. Journal of the National Cancer Institute. Monographs. 2004;(33):178-97.
5. Mohan R, Grosshans D. Proton therapy - present and future. Adv Drug Deliv Rev. 2017;109:26-44. DOI:https://doi.org/10.1016/j.addr.2016.11.006.
6. Hu M, Jiang L, Cui X, Zhang J, Yu J. Proton beam therapy for cancer in the era of precision medicine. J Hematol Oncol. 2008;11(1):136. DOI:https://doi.org/10.1186/s13045-018-0683-4.
7. Connell PP, Hellman S. Advances in radiotherapy and implications for the next century: a historical perspective. Cancer Res. 2009 Jan 15;69(2):383-92. DOI:https://doi.org/10.1158/0008-5472.CAN-07-6871.
8. Lehnert S. Radiosensitizers and radiochemotherapy in the treatment of cancer. Boca Raton: CRC Press, Taylor&Francis Gr., 2015, 548 p.
9. Sheino IN, Izhevskij PV, Lipengolts AA, Kulakov VN, Wagner AA, Sukhikh ES, et al. Development of binary technologies of radiotherapy of malignant neoplasms: condition and problems. Bulletin of Siberian Medicine. 2017;16(3):192-209. DOI:https://doi.org/10.20538/1682-0363-2017-3-192-209. (Russian).
10. Kulakov VN, Lipengol’ts AA, Grigor’eva EYu, Shimanovskii NL. Pharmaceuticals for binary radiotherapy and their use for treatment of malignancies (a review). Pharm Chem J Sep. 2016;50(6):388-93. DOI:https://doi.org/10.1007/s11094-016-1457-3. (Russian).
11. Seiwert TY, Salama JK, Vokes EE. The concurrent chemoradiation paradigm-general principles. Nat Clin Pract Oncol. 2007;4:86-100.
12. Connell PP, Hellman S, Advances in radiotherapy and implications for the next century: a historical perspective. Cancer Res. 2009;69:383-92.
13. Sauerwein W, Wittig A, Moss R, Nakagawa Y (eds). Neutron Capture Therapy: Principles and Applications. Berlin: Springer; 2012. 553 p. DOI:https://doi.org/10.1007/978-3-642-31334-9.
14. Sheino IN. Dose-supplementary therapy of malignant tumors. In: Advances in Neutron Capture Therapy 2006. Proc. 12th Intern. Congress on Neutron Capture Therapy. “From the Past to the Future”, October 9-13, 2006; Takamatsu, Kagawa. Ed.: Nakagawa Y, Kobayashi T, Fukuda H. Japan, 2006:531-4.
15. Lipengolts AA, Cherepanov AA, Kulakov VN, Grigor’eva EYu, Merkulova IB, Sheino IN. Comparison of the antitumor efficacy of bismuth and gadolinium as dose-enhancing agents in formulations for photon capture therapy. Pharm Chem J. Sep 2017;51(9):783-6. DOI:https://doi.org/10.1007/s11094-017-1693-1. (Russian).
16. Bergs JW, Wacker MG, Hehlgans S, Piiper A, Multhoff G, Rödel C, et al. The role of recent nanotechnology in enhancing the efficacy of radiation therapy. Biochim Biophys Acta. 2015 Aug;1856(1):130-43. DOI:https://doi.org/10.1016/j.bbcan.2015.06.008.
17. King R, McMahon S, Hyland W, Jain S, Butterworth K, Prise K, et al. An overview of current practice in external beam radiation oncology with consideration to potential benefits and challenges for nanotechnology. Cancer Nanotechnology. 2017;8:3. DOI:https://doi.org/10.1186/s12645-017-0027-z.
18. Brun E, Sicard-Roselli C. Actual questions raised by nanoparticle radiosensitization. Radiat Phys Chem. 2016;128:134-42.
19. Yoon D, Jung J, Suh T. Application of proton boron fusion reaction to radiation therapy: A Monte Carlo simulation study. Appl Phys Lett. 2014;105:223507.
20. Jung JY, Yoon DK, Barraclough B, Lee HC, Suh TS, Lu B. Comparison between proton boron fusion therapy (PBFT) and boron neutron capture therapy (BNCT): a Monte Carlo study. Oncotarget. 2017 Jun 13;8(24):39774-39781. DOI:https://doi.org/10.18632/oncotarget.15700.
21. Cirrone GAP, Manti L, Margarone D, Petringa G, Giuffrida L, Minopoli A, et al. First experimental proof of Proton Boron Capture Therapy (PBCT) to enhance protontherapy effectiveness . Sci Rep. 2018 Jan 18;8(1):1141. DOI:https://doi.org/10.1038/s41598-018-19258-5.
22. Willers H, Allen A, Grosshans D, McMahon SJ, Neubeck C, Wiese C, et al Toward a variable RBE for proton beam therapy. Radiother Oncol. 2018 Jul;128(1):68-75. DOI:https://doi.org/10.1016/j.radonc.2018.05.019.
23. Koldaeva EYu, Grigorieva EYu, Kulakov VN, Sauerwein W. BSH for BNCT of B-16 Melanoma in a Murine Model. In: “New Challenges in neutron capture therapy 2010” Proc. 14th Intern. Congress on Neutron Capture Therapy. October 25-29, 2010, Buenos Aires:CNEA:144-6.
24. Mazzone A, Finocchiaro P, Lo Meo S, Colonna N. On the (un)effectiveness of Proton Boron Capture in Proton Therapy. arXiv:1802.09482v2 [physics.med-ph].
25. Kim JK, Seo SJ, Kim KH, Kim TJ, Chung MH, Kim KR, et al. Therapeutic application of metallic nanoparticles combined with particle-induced X-ray emission effect. Nanotechnology. 2010 Oct 22;21(42):425102. DOI:https://doi.org/10.1088/0957-4484/21/42/425102.
26. Kim JK, Seo SJ, Kim HT, Kim KH, Chung MH, Kim KR, et al. Enhanced proton treatment in mouse tumors through proton irradiated nanoradiator effects on metallic nanoparticles. Phys Med Biol. 2012;57(24):8309-23. DOI:https://doi.org/10.1088/0031-9155/57/24/8309.
27. Dollinger G. Comment on ‘Therapeutic application of metallic nanoparticles combined with particle-induced x-ray emission effect. Nanotechnology. 2011 Jun 17;22(24):248001; discussion 248002. DOI:https://doi.org/10.1088/0957-4484/22/24/248001.
28. Polf JC, Bronk LF, Driessen WHP, Arap W, Pasqualini R, Gillin M. Enhanced relative biological effectiveness of proton radiotherapy in tumor cells with internalized gold nanoparticles. Appl Phys Lett. 2011;98:193702. DOI:https://doi.org/10.1063/1.3589914.
29. Li S, Penninckx S, Karmani L, Heuskin AC, Watillon K, Marega R, et al. LET-dependent radiosensitization effects of gold nanoparticles for proton irradiation. Nanotechnology. 2016 Nov 11;27(45):455101.
30. Jeynes JCG, Merchant MJ, Spindler A, Wera A-C, et al. Investigation of gold nanoparticle radiosensitization mechanisms using a free radical scavenger and protons of different energies. Phys Med Biol. 2014;59:6431-43.
31. Wälzlein C, Scifoni E, Krämer M, Durante M. Simulations of dose enhancement for heavy atom nanoparticles irradiated by protons. Phys Med Biol. 2014;59:1441-58. DOI:https://doi.org/10.1088/0031-9155/59/6/1441.
32. Lacombe S, Porcel E, Scifoni E. Particle therapy and nanomedicine: state of art and research perspectives. Cancer Nano. 2017;8:9. DOIhttps://doi.org/10.1186/s12645-017-0029-x.
33. Ahmad R, Royle G, Lourenço A, Schwarz M, Fracchiolla F, Ricketts K. Investigation into the effects of high-Z nano materials in proton therapy. Phys Med Biol. 2016 Jun 21;61(12):4537-50. DOI:https://doi.org/10.1088/0031-9155/61/12/4537.
34. Cho J, Gonzalez-Lepera C, Manohar N, Kerr M, Krishnan S, Cho SH. Quantitative investigation of physical factors contributing to gold nanoparticle-mediated proton dose enhancement Phys Med Biol. 2016 Mar 21;61(6):2562-81. DOI:https://doi.org/10.1088/0031-9155/61/6/2562.
35. Verkhovtsev AV, Korol AV, Solov’yov AV. Electron production by sensitizing gold nanoparticles irradiated by fast ions. J Phys Chem C. 2015;119:11000-13. DOI:https://doi.org/10.1021/jp511419n.
36. Tran HN, Karamitros M, Ivanchenko VN, Guatelli S, McKinnon S, Murakami K, et al. Geant4 Monte Carlo simulation of absorbed dose and radiolysis yields enhancement from a gold nanoparticle under MeV proton irradiation. Nucl Instrum Methods Phys Res Sect B Beam Interact with Mater Atoms. 2016;373:126-39. DOI:https://doi.org/10.1016/j.nimb.2016.01.017.
37. Martínez-Rovira I, Prezado Y. Evaluation of the local dose enhancement in the combination of proton therapy and nanoparticles. Med Phys. 2015;42(11):6703-10. DOI:https://doi.org/10.1118/1.4934370.
38. Lin Y, McMahon SJ, Paganetti H, Schuemann J. Biological modeling of gold nanoparticle enhanced radiotherapy for proton therapy. Phys Med Biol. 2015;60(10):4149-68. DOI:https://doi.org/10.1088/0031-9155/60/10/4149.
39. Haume K, Rosa S, Grellet S, Śmiałek MA, Butterworth KT, Solov’yov AV, et al. Gold nanoparticles for cancer radiotherapy: a review. Cancer Nanotechnol. 2016;7:8. DOI:https://doi.org/10.1186/s12645-016-0021-x.
40. Schlathölter T, Eustache P, Porcel E, Salado D, Stefancikova L, Tillement O, et al. Improving proton therapy by metal-containing nanoparticles: nanoscale insights. Int J Nanomed. 2016;11:1549-56.
41. Her S, Jaffray DA, Allen C. Gold nanoparticles for applications in cancer radiotherapy: Mechanisms and recent advancements. Adv Drug Deliver Rev. 2017;109:84-101.
42. Durante M, Orecchia R, Loeffler JS. Charged-particle therapy in cancer: clinical uses and future perspectives. Nat Rev Clin Oncol. 2017 Aug;14(8):483-95. DOI:https://doi.org/10.1038/nrclinonc.2017.30.
43. Liu Y, Zhang P, Li F, Jin X, Li J, Chen W, Li Q. Metal-based NanoEnhancers for future radiotherapy: radiosensitizing and synergistic effects on tumor cells. Theranostics. 2018;8(7):1824-49. DOI:https://doi.org/10.7150/thno.22172.
44. Yang C, Bromma K, Di Ciano-Oliveira C, Zafarana G, van Prooijen M. Chithrani DB. Gold nanoparticle mediated combined cancer therapy. Cancer Nano. Dec 2018. 9:4. DOI:https://doi.org/10.1186/s12645-018-0039-3.
45. Falk M. Nanodiamonds and nanoparticles as tumor cell radiosensitizers-promising results but an obscure mechanism of action. Ann Transl Med. 2017;5:18.
46. Dimitriou NM, Tsekenis G, Balanikas EC, Pavlopoulou A, Mitsiogianni M, Mantso T, et al. Gold nanoparticles, radiations and the immune system: Current insights into the physical mechanisms and the biological interactions of this new alliance towards cancer therapy. Pharmacol Therapeut. 2017;178:1-17.
47. Ricketts K, Ahmad R, Beaton L, Cousins B, Critchley K, Davies M, et al. Recommendations for clinical translation of nanoparticle-enhanced radiotherapy. Br J Radiol. 2018;91:20180325. DOI: org/10.1259/bjr.20180325.
48. Libutti SK, Paciotti GF, Byrnes AA, Alexander HR, Gannon WE, Walker M, et al. Phase I and pharmacokinetic studies of Cyt-6091, a novel PEGylated colloidal gold-RhTNF nanomedicine. Clin Cancer Res. 2010 Dec 15;16(24):6139-49. DOI:https://doi.org/10.1158/1078-0432.CCR-10-0978.
49. Lux F, Tran VL, Thomas E, Dufort S, Rossetti F, Martini M, et al. AGuIX® from bench to bedside-Transfer of an ultrasmall theranostic gadolinium-based nanoparticle to clinical medicine. Br J Radiol. 2018;91:20180365.
50. Bonvalot S, Le Pechoux C, De Baere T, Kantor G, Buy X, Stoeckle E, et al. First-in human study testing a new radioenhancer using nanoparticles (NBTXR3) activated by radiation therapy in patients with locally advanced soft tissue sarcomas. Clin Cancer Res. 2017;23:908-17. DOI: 10. 1158/1078-0432.CCR-16-1297.
51. Rodallec A, Benzekry S, Lacarelle B, Ciccolini J, Fanciullino R. Pharmacokinetics variability: Why nanoparticles are not just magic-bullets in oncology. Crit Rev Oncol Hematol Sep. 2018;129:1-12.
