Xạ trị FLASH

Tác dụng sinh học của bức xạ đối với các mô lành xung quanh khối u là nhược điểm chính của các liệu pháp xạ trị. Điều này ảnh hưởng đến khả năng tiêu diệt hoàn toàn khối u, cũng như hiệu quả điều trị của xạ trị. Do đó, các phương pháp làm giảm tổn thương cho các mô lành luôn là vấn đề được quan tâm đặc biệt trong lĩnh vực nghiên cứu xạ trị. Các công nghệ xạ trị hiện đại như xạ trị xoắn ốc (HT), xạ trị điều biến liều (IMRT) hay xạ trị proton hiện nay đã có thể phần nào làm giảm tổn thương bức xạ đối với các mô lành. Tuy nhiên, kết quả nghiên cứu gần đây trên động vật cho thấy một phương pháp mới trong xạ trị có thể làm giảm tổn thương do bức xạ gây ra ở mô lành mà không làm giảm hiệu quả tiêu diệt tế bào khối u. Hơn thế nữa, phương pháp này còn rút ngắn thời gian xạ trị so với xạ trị thông thường. Phương pháp đó được gọi là xạ trị FLASH (FLASH-RT). FLASH-RT có thể sẽ trở thành một trong những công nghệ xạ trị chính trong tương lai.

Xạ trị FLASH là gì?

Xạ trị hiện nay đã trở thành phương pháp điều trị chính cho các bệnh nhân ung thư, chiếm tới 60-70%. Xạ trị là liệu pháp được sử dụng rộng rãi và hiệu quả nhất, nhưng lại có thể gây tổn thương cấp tính và muộn cho các mô lành trên cơ thể bệnh nhân. Do đó, liều lượng truyền đến khối u thường bị giới hạn; điều này có tác động đến khả năng tiêu diệt hoàn toàn khối u và hiệu quả của xạ trị. Xạ trị FLASH (FLASH-RT) là một công nghệ xạ trị mới với tốc độ liều chiếu cực cao (≥ 40 Gy/s). So với xạ trị thông thường, FLASH-RT nhanh hơn 400 lần.

Các thí nghiệm trên động vật gần đây đã chỉ ra rằng FLASH-RT có thể làm giảm tác động do bức xạ gây ra đối với các mô lành. Ở bệnh nhân u lympho tế bào T trên da đầu tiên được dùng FLASH-RT, tác dụng tiêu diệt khối u nhanh hơn và lâu hơn; hơn nữa, chỉ xuất hiện viêm biểu mô lớp 1 và phù nề lớp 1 xảy ra ở các mô mềm xung quanh khối u. Trong lần đầu tiên sử dụng lâm sàng FLASH-RT, thời gian điều trị chỉ là 90 mili giây. So với phương pháp xạ trị thông thường, thời gian xạ trị là ưu điểm của FLASH-RT. Bởi vậy, xạ trị FLASH có thể sẽ trở thành một trong những công nghệ xạ trị chính trong tương lai.

Tốc độ liều giữa FLASH-RT và xạ trị thông thường

Trước năm 2014, FLASH-RT được gọi là phương pháp hiệu ứng chớp nhoáng. Tia X 1,5 MV với tốc độ cực cao được sử dụng trong nghiên cứu chiếu xạ vi khuẩn Serratia marcescens. Nghiên cứu này đã chỉ ra rằng chiếu xạ với tốc độ liều cực cao có thể bảo vệ vi khuẩn tốt hơn so với chiếu xạ tốc độ liều thông thường. Kết quả tương tự cũng được quan sát thấy ở tế bào động vật có vú. Năm 2014, nhà khoa học Favaudon đã công bố rằng sử dụng FLASH-RT trong điều trị u phổi có thể đáp ứng được hoàn toàn trong khi giảm độc tính bức xạ sớm và muộn đến mô lành. Các nghiên cứu sau đó cũng đã chỉ ra rằng FLASH-RT giảm đáng kể tác dụng phụ có hại tới mô lành trên chuột và tác dụng này rõ nét hơn ở lợn và mèo. Cuối cùng, năm 2018, một bệnh nhân ung thư hạch tế bào T ở da đã được điều trị bằng FLASH-RT và kết quả cho thấy mức đáp ứng của phương pháp với ít tác dụng phụ hơn phương pháp xạ trị thông thường.

Cơ chế của phương pháp FLASH-RT

Cơ chế sinh học của FLASH-RT rất phức tạp. Các nhà khoa học đã công bố kết quả đánh giá về tác động của tốc độ liều cực cao, cho thấy rằng có xuất hiện tình trạng thiếu oxy sau khi xạ trị với tốc độ liều cực cao ở vi khuẩn. Hiện tượng này có thể được giải thích là do việc tiêu thụ oxy cục bộ tăng mạnh khi có tác động từ năng lượng do bức xạ gây ra vượt quá mức duy trì oxy của các mô. Thêm vào đó, các nghiên cứu cũng đã chỉ ra rằng chiếu xạ tốc độ liều cực cao có thể tạo ra lớp bảo vệ các tế bào động vật có vú thông qua tình trạng thiếu oxy nhất thời (bao gồm cả tế bào ung thư). FLASH-RT khiến ít nhiễm sắc thể tâm được hình thành hơn so với chiếu xạ tốc độ liều thông thường và có sự khác biệt trong quá trình bắt giữ chu kỳ tế bào G2 giữa FLASH-RT với chiếu xạ tốc độ liều thông thường. Bức xạ với xung ngắn có ít tác dụng phụ muộn hơn ở mô lành so với chiếu xạ liều thông thường.

Cơ chế sinh học của FLASH-RT so với xạ trị thông thường

So với chiếu xạ liều thông thường, FLASH-RT có thể làm giảm xơ phổi do bức xạ và có cùng hiệu quả kháng u. FLASH-RT gây tác động tức thì đối với mức tiêu thụ oxy trong tất cả các mô và tạo ra các hydrogen peroxide. Tế bào mô lành có lượng chất oxy hóa thấp hơn và khả năng dự trữ khử catalase cao hơn; do đó, mô lành có thể loại bỏ các hydrogen peroxide dễ dàng hơn mô khối u.

FLASH-RT có khả năng thay đổi các lý thuyết về sinh học phóng xạ: sửa chữa DNA, tái tạo oxy, tái tạo và tái phân phối, độ nhạy phóng xạ nội tại. Thời gian FLASH-RT quá ngắn để xảy ra tái ôxy hóa, tái tạo và tái phân phối hoặc có thể xảy ra nhưng ảnh hưởng đến tác dụng của xạ trị vì FLASH-RT chỉ thực hiện một lần. Các nghiên cứu tiền lâm sàng đã xác nhận rằng so với chiếu xạ liều thông thường, FLASH-RT cần liều cao hơn để gây ra cùng một mức độc tính. Kết quả là, khi mô lành được chiếu xạ trong FLASH-RT, giá trị α/β của nó sẽ thay đổi. Chiếu xạ iều thông thường (15 Gy) gây xơ phổi, nhưng FLASH-RT liều cao hơn (20 Gy) không gây xơ phổi sau 36 tuần. Về độc tính trên da, cả FLASH-RT 20 Gy và 15 Gy không có biểu hiện các dấu hiệu vĩ mô của tổn thương da, nhưng chiếu xạ liều thông thường (17 Gy) lại dẫn đến tổn thương da nghiêm trọng.

So với phương pháp xạ trị thông thường, FLASH-RT cũng cho thấy tác dụng bảo vệ các mô lành, bao gồm ở não và tuyến tiêu hóa. Một loạt các thí nghiệm trên động vật đã cho thấy khả năng chịu đựng của các mô lành được tăng lên; do đó, khi FLASH-RT được sử dụng, giá trị α/β của các mô lành sẽ khác với giá trị trong chiếu xạ liều thông thường. Ngoài ra, do FLASH-RT chỉ thực hiện một lần trong thời gian rất ngắn, nên sẽ không thực hiện đồng thời hóa trị liệu; chỉ thực hiện hóa trị bổ trợ. Do đó, công nghệ FLASH-RT khi được sử dụng trong thực hành lâm sàng và dần phát triển, phương pháp xạ trị đơn lẻ sẽ được sử dụng rộng rãi để thay thế phương pháp xạ trị nhiều phân đoạn hiện nay.

Tương lai của FLASH-RT

Các thí nghiệm bổ sung trên động vật là cần thiết để chứng minh rằng FLASH-RT có thể bảo vệ tốt hơn cho các mô lành. Các kết quả nghiên cứu cho thấy FLASH-RT có tỷ lệ nhiễm độc phổi cấp và muộn sau khi chiếu xạ lồng ngực của chuột thấp hơn so với chiếu xạ thông thường ở cùng liều lượng. Các hệ thống chiếu xạ khác nhau đều có thể tạo ra các suất liều cho FLASH-RT, bao gồm máy gia tốc tuyến tính điện tử, synchrotron và máy gia tốc proton. Điển hình như 02 máy gia tốc tuyến tính nguyên mẫu có thể tạo ra chùm điện tử 4,5 MeV và 6 MeV với tốc độ liều lên đến hàng nghìn Gy/s. Tia X tốc độ liều cực cao (18000 Gy/s) từ synchrotron có thể tạo ra hiệu ứng FLASH; thậm chí, máy gia tốc Cyclotron proton cũng có thể tạo ra các tia năng lượng cao với tốc độ liều trên 40 Gy/s. Trong tương lai, các thiết bị sẽ được cải tiến để cho phép xạ trị trên các trường lớn hơn, phù hợp để điều trị bệnh nhân ung thư. Các electron, tia X và proton có thể được sử dụng trong FLASH-RT, tuy nhiên: chùm tia điện tử chỉ thích hợp cho các khối u bề mặt; Proton thích hợp để điều trị các khối u sâu. Năm 2020, thiết bị FLASH-RT proton đầu tiên đã nhận được giấy miễn trừ thiết bị điều tra (IDE) cho các thử nghiệm lâm sàng từ Cơ quan Quản lý Thực phẩm và Dược phẩm Hoa Kỳ.

Các thiết bị xạ trị FLASH-RT trong tương lai sẽ có chức năng bức xạ bảo vệ đa trường. Bức xạ bảo vệ đa trường có thể làm giảm độc tính đối với mô lành so với việc sử dụng một trường thông thường đơn lẻ hoặc hai trường thông thường. Điều này có thể đạt được bằng cách sử dụng chuyển động quay của giàn cơ học và chuyển động của bộ chuẩn trực đa lá. Thiết bị tương tự như Gamma Knife có thể đáp ứng các yêu cầu trên, nhưng sẽ rất khác so với Gamma Knife hiện nay. Dựa trên các nguyên tắc đó, một số nhà nghiên cứu đã phát triển hệ thống xạ trị PHASER có thể cung cấp FLASH-RT được điều chế cường độ phù hợp cao cho các khối u.