การบำบัดด้วยการจับยึดนิวตรอน

สิ่งควรพิจารณาสำหรับการฉายรังสีทางชีวภาพ

ปริมาณรังสีที่ส่งมอบให้กับเนื้องอกและเนื้อเยื่อปกติในช่วงการทำ BNCT จะเกิดจากการสะสมของพลังงานที่ได้จากสามประเภทของรังสีจากการแตกตัวเป็นไอออนโดยตรงที่แตกต่างกันใน การถ่ายโอนพลังงานเชิงเส้น (LET) ของพวกมันซึ่งเป็นอัตราการสูญเสียพลังงานไปตามเส้นทางของอนุภาคที่แตกตัวเป็นไอออนดังนี้:
1. รังสีแกมมา LET ต่ำ ที่เป็นผลส่วนใหญ่มาจากการจับยึดของนิวตรอนความร้อนโดยอะตอมไฮโดรเจนเนื้อเยื่อปกติ [¹H(n,γ)²H] (อ่านว่า ¹H + n ได้ γ + ²H);
2. โปรตอน LET สูง ที่ผลิตโดยกระเจิงของนิวตรอนเร็วและจากการจับยึดของนิวตรอนความร้อนโดยอะตอมไนโตรเจน [¹⁴N(n,p)¹⁴C]; และ
3. อนุภาคแอลฟา ประจุสูง LET สูง (นิวเคลียสของ ⁴He) ที่ถูกถอดเสื้อผ้าและ ลิเธียม-7 ไอออน, ถูกปล่อยออกมาเป็นผลิตภัณฑ์ของการจับยึดนิวตรอนความร้อนและปฏิกิริยาฟิชชันกับ ¹⁰B [¹⁰B(n,α)⁷Li]
เนื่องจากทั้งเนื้องอกและเนื้อเยื่อปกติโดยรอบจะปรากฏอยู่ในสนามรังสี แม้จะมีลำแสงนิวตรอนเอพิเทอร์มัลอยู่ด้วย มันก็จะมีปริมาณรังสีพื้นหลังที่ไม่เจาะจงและหลีกเลี่ยงไม่ได้ที่ประะกอบด้วยรังสีที่มี LET ทั้งสูงและต่ำ แต่ความเข้มข้นที่สูงกว่าของ ¹⁰B ในเนื้องอกจะส่งผลให้มันได้รับปริมาณรังสีทั้งหมดสูงกว่าเนื้อเยื่อปกติท​​ี่อยู่ติดกัน ซึ่งเป็นพื้นฐานสำหรับการเพิ่มผลกำไรของการรักษาด้วย BNCT ปริมาณรังสีรวม (Gy) ที่ส่งมอบให้กับเนื้อเยื่อใด ๆ สามารถแสดงในหน่วยเทียบเท่าโฟตอนได้ในรูปผลรวมของแต่ละส่วนประกอบยา LET สูงคูณด้วยปัจจัยถ่วง (GyW) ซึ่งขึ้นอยู่กับประสิทธิภาพด้านรังสีชีวภาพที่เพิ่มขึ้นของแต่ละองค์ประกอบเหล่านี้ .

การวัดปริมาณรังสีทางคลินิก

ปัจจัยถ่วงทางชีวภาพได้ถูกนำมาใช้ในทุกการทดลองทางคลินิกล่าสุดกับผู้ป่วยที่มีระดับสูงของ gliomas โดยการใช้ boronophenylalanine (BPA) ร่วมกับลำแสงนิวตรอนเอพิเทอร์มัล ส่วนประกอบ ¹⁰B(n,α)⁷Li ของปริมาณรังสีที่ให้กับหนังศีรษะจะขึ้นอยู่กับความเข้มข้นของโบรอนที่วัดได้ในเลือดในช่วงเวลาของ BNCT ที่สมมติว่า เลือดต่ออัตราส่วนความเข้มข้นของโบรอนในหนังศีรษะเป็น 1.5:1 และปัจจัยประสิทธิภาพทางชีวภาพรวม (อังกฤษ: compound biological effectiveness CBE)) สำหรับ BPA ในผิวหนังมีค่าเท่ากับ 2.5 ปัจจัยของ ประสิทธิผลทางชีวภาพสัมพันธ์ (อังกฤษ: relative biological effectiveness (RBE)) เท่ากับ 3.2 ได้ถูกนำมาใช้กับเนื้อเยื่อทั้งหมดสำหรับส่วนประกอบ LET ที่สูงของลำแสงเช่นอนุภาคแอลฟา ปัจจัย RBE ถูกใช้ในการเปรียบเทียบประสิทธิภาพทางชีววิทยาของชนิดที่แตกต่างกันของรังสีจากการแตกตัวเป็นไอออน ส่วนประกอบที่มี LET สูงจะรวมถึงโปรตอนที่เกิดจากปฏิกิริยาการจับยึดที่มีไนโตรเจนเนื้อเยื่อปกติและโปรตอนหดตัวที่เป็นผลมาจากการปะทะกันของนิวตรอนเร็วกับไฮโดรเจน มันจะต้องเน้นย้ำว่าการกระจายเนื้อเยื่อของตัวแทนการจัดส่งของโบรอนในมนุษย์ควรจะคล้ายกับที่มีในแบบจำลองของสัตว์ทดลองเพื่อที่จะใช้ค่าที่ได้มาจจาการทดลองสำหรับการประมาณของปริมาณ รังสี สำหรับการแผ่รังสีจากคลินิก สำหรับข้อมูลรายละเอียดเพิ่มเติมเกี่ยวกับการวัดปริมาณรังสีด้วยเครื่องคอมพิวเตอร์และ การวางแผนเพื่อการบำบัด ผู้อ่านที่สนใจจะหาอ่านได้จากการทบทวนแบบครอบคลุมในหัวข้อนี้

การศึกษาช่วงต้นในสหรัฐอเมริกาและญี่ปุ่น

มันไม่ได้มีการศึกษาจนถึงทศวรรษที่ 1950 ที่การทดลองทางคลินิกครั้งแรกถูกริเริ่มโดย Farr ที่สถาบันวิจัยแห่งชาติ Brookhaven (BNL) ในนิวยอร์ก และโดย Sweet และ บราวเนลที่โรงพยาบาลทั่วไปแมสซาชูเซต (MGH) โดยใช้เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ (MITR) ของ Massachusetts Institute of Technology (MIT) และสารประกอบโบรอนที่มีน้ำหนักโมเลกุลต่ำอีกหลายอย่างที่แตกต่างกันเนื่องจากโบรอนมีส่วนประกอบที่เป็นยา อย่างไรก็ตามผลการศึกษาเหล่านี้ไม่เป็นไปตามที่หวังและไม่มีการทดลองทางคลินิกอย่างอื่นอีกในประเทศสหรัฐอเมริกาจน​​ถึงทศวรรษที่ 1990
หลังจากเข้วโปรแกรม fellowship สองปีในห้องปฏิบัติการของ Sweet, การศึกษาทางคลินิกก็ถูกริเริ่มโดย ฮิโรชิ Hatanaka ในประเทศญี่ปุ่นในปี 1967 เขาใช้ลำแสงนิวตรอนความร้อนพลังงานต่ำ ซึ่งมีคุณสมบัติเจาะเนื้อเยื่อต่ำและโซเดียม borocaptate (BSH) เป็นตัวแทนจัดส่งโบรอน ในตอนแรก สารนี้ถูกพัฒนาเป็นตัวแทนจัดส่งโบรอนโดยอัลเบิร์ต Soloway ที่ MGH ในขั้นตอนของ Hatanaka มากที่สุดเท่าที่เป็นไปได้ของเนื้องอกได้ถูกตัดออกเป็นชิ้นด้วยการผ่าตัด ("debulking") และในบางเวลาหลังจากนั้น BSH ได้ถูกนำมาใช้โดยการฉีดอย่างช้า ๆ มักจะเข้าทางเส้นเลือดแดงภายใน แต่ต่อมาก็ฉีดเข้าทางเส้นเลือดดำ สิบสองถึง 14 ชั่วโมงต่อมา BNCT ได้ถูกดำเนินการที่เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์อีกตัวหนึ่งที่แตกต่างกันโดยใช้ลำแสงนิวตรอนความร้อนพลังงานต่ำ คุณสมบัติในการเจาะเนื้อเยื่อที่น้อยของลำแสงนิวตรอนความร้อน มีความสามารถเพียงพอที่จะสะท้อนกับผิวและยกพนังกระดูกขึ้นเพื่อที่จะฉายรังสีไปที่สมองที่โผล่อกมาโดยตรง ขั้นตอนนี้ได้ถูกใช้เป็นครั้งแรกโดย Sweet และเพื่อนร่วมงานของเขา
ผู้ป่วยประมาณ 200 กว่าคนได้รับการรักษาโดย Hatanaka และต่อมาจากเพื่อนร่วมงานของเขา นายนาคากาวา เนื่องจากความแตกต่างของประชากรผู้ป่วย ในแง่ของการวินิจฉัยด้วยกล้องจุลทรรศ์ของเนื้องอกและเกรด ขนาดของมัน และความสามารถของผู้ป่วยที่จะดำเนินกิจกรรมประจำวันตามปกติ (สถานะประสิทธิภาพ Karnofsky) มันเป็นไปไม่ได้ที่จะได้ข้อสรุปที่ชัดเจนเกี่ยวกับประสิทธิภาพการรักษา อย่างไรก็ตามข้อมูลการรอดชีวิตไม่เลวร้ายยิ่งไปกว่าผู้ที่ได้รับการรักษาด้วยมาตรฐานในเวลานั้น และมีผู้ป่วยหลายคนที่รอดชีวิตในระยะยาว และส่วนใหญ่น่าจะเป็นเพราะพวกเขาได้รับการเยียวยาจากเนื้องอกในสมองของพวกเขา

การศึกษาทางคลินิกเร็ว ๆ นี้ในสหรัฐอเมริกาและญี่ปุ่น

การทำ BNCT ให้กับผู้ป่วยเนื้องอกในสมองและบางคนที่มีเนื้องอกผิวหนังก็กลับมาดำเนินการต่อในประเทศสหรัฐอเมริกาในช่วงกลางทศวรรษที่​​ 1990 กับเครื่องปฏิกรณ์เพื่อการวิจัยทางการแพทย์ที่ห้องปฏิบัติการแห่งชาติ Brookhaven (BMRR) และฮาร์วาร์ด/Massachusetts Institute of Technology (MIT) โดยใช้เครื่องปฏิกรณ์เอ็มไอทีเพื่อการวิจัย (MITR) เป็นครั้งแรก BPA ถูกใช้เป็นตัวแทนการจัดส่งโบรอน และผู้ป่วยได้รับการฉายรังสีด้วยลำแสงตรงของนิวตรอนเอพิเทอร์มัลพลังงานที่สูงกว่า ซึ่งมีคุณสมบัติทะลุเนื้อเยื่อมากกว่านิวตรอนความร้อน นี้ได้รับการยอมรับอย่างดี แต่ไม่มีความแตกต่างอย่างมีนัยสำคัญใน MSTS เมื่อเทียบกับผู้ป่วยที่ได้รับการรักษาแบบดั้งเดิม
ในประเทศญี่ปุ่น นาย Miyatake และนาย Kawabata ได้ริเริ่มหลายโปรโตคอลที่ใช้ส่วนผสมของ BPA (500 mg/kg) และ BSH (100 มิลลิกรัม/กิโลกรัม), ฉีดเข้าทางเส้นเลือดดำมากกว่า 2 ชั่วโมงตามด้วยการฉายรังสีนิวตรอนที่สถาบันวิจัยเครื่องปฏิกรณ์มหาวิทยาลัยเกียวโต (KURRI) MST ของผู้ป่วย 10 รายอยู่ที่ 15.6 เดือน กับผู้รอดชีวิตในระยะยาว (>5 ปี) หนึ่งคน บนพื้นฐานของข้อมูลสัตว์ทดลอง ซึ่งแสดงให้เห็นว่า BNCT เมื่อใช้ร่วมกับการฉายรังสีเอ็กซ์สามารถเพิ่มการอยู่รอดได้เมื่อเทียบกับการใช้ BNCT เพียงอย่างเดียว, Miyatake และ Kawabata รวมการใช้ BNCT ตามที่ได้อธิบายไว้ข้างต้น กับการอัดด้วยเอ็กซ์เรย์ ปริมาณโดสรวมทั้งหมดที่ 20 ถึง 30 Gy ถูกดำเนินการ แบ่งออกเป็น 2 Gy ต่อวัน ค่า MST ของกลุ่มผู้ป่วยนี้อยู่ที่ 23.5 เดือนและไม่พบความเป็นพิษที่สำคัญ นอกเหนือจากการสูญเสียเส้นผม (หัวล้าน) ผลการศึกษานี้ชี้ให้เห็นว่าการรวมกันของ BNCT กับการฉายรังสี X สมควรได้รับการประเมินผลต่อไปในกลุ่มที่ใหญ่กว่าของผู้ป่วย ในการทดลองอื่นของญี่ปุ่น ที่ดำเนินการโดยยามาโมโต กับเพื่อน, BPA และ BSH ถูกฉีดนานเกิน 1 ชั่วโมง ตามด้วย BNCT ที่เครื่องปฏิกรณ์-4 ของเครื่องปฏิกรณ์วิจัยญี่ปุ่น (JRR) ต่อมาผู้ป่วยก็ได้รับการเอ็กซ์เรย์หลังจากเสร็จสิ้นการทำ BNCT เวลาการมีชีวิตรอดเฉลี่ยโดยรวม (MeST) เป็น 27.1 เดือนและอัตราการมีชืวิตรอดที่ 1 ปีและ 2 ปี อยู่ที่ 87.5 และ 62.5% ตามลำดับ ตามรายงานของ Miyatake, Kawabata และยามาโมโตะ ปรากฏว่าการรวม BNCT เข้ากับการอัดด้วยเอ็กซ์เรย์สามารถผลิตผลลัพท์ที่เป็นกำไรอย่างมีนัยสำคัญในการรักษา การศึกษาเพิ่มเติมต่อไปมีความจำเป็นเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการรักษาแบบผสมนี้และเพื่อที่จะประเมินจากการใช้ประชากรผู้ป่วยที่มีขนาดใหญ่ขึ้น[citation needed]