การบำบัดด้วยนิวตรอนเร็ว

การบำบัดด้วยนิวตรอนเร็ว () ใช้นิวตรอนพลังงานสูงระหว่าง 50 ถึง 70 MeV เพื่อรักษาโรคมะเร็ง ส่วนใหญ่ลำแสงนิวตรอนเร็วเพื่อการรักษาจะมีการผลิตโดยเครื่องปฏิกรณ์ทั่วไป, เครื่องไซโคลตรอน (d+Be) และเครื่องเร่งอนุภาคเชิงเส้น การรักษาด้วยนิวตรอนสามารถพบได้ในเยอรมัน, รัสเซีย, แอฟริกาใต้และสหรัฐอเมริกา ในสหรัฐอเมริกาสามศูนย์การรักษามีการดำเนินงานในซีแอตเติล, วอชิงตัน, ดีทรอยต์, มิชิแกนและปัตตาเวียอิลลินอยส์ ศูนย์ในดีทรอยต์และซีแอตเติลใช้ไซโคลตรอนที่ผลิตลำแสงโปรตอนที่กระทบกับเป้าหมายที่ทำด้วยเบริลเลียม  ศูนย์ปัตตาเวียที่ Fermilab ใช้เครื่องเร่งโปรตอนเชิงเส้น

 ข้อดี 
การรักษาด้วยรังสีสามารถฆ่าเซลล์มะเร็งได้ในสองวิธีขึ้นอยู่กับพลังงานที่มีประสิทธิภาพจากแหล่งกำเนิดรังสี ปริมาณของพลังงานจะสะสมเมื่ออนุภาคตัดผ่านส่วนของเนื้อเยื่อ ซึ่งมันจะถุกเรียกว่าเป็นการถ่ายโอนพลังงานเชิงเส้น () รังสีเอกซ์และโปรตอนจะผลิต LET จำนวนน้อย และนิวตรอนจะผลิตรังสี LET จำนวนมาก รังสี LET จำนวนน้อยสามารถทำลายเซลล์ส่วนใหญ่ผ่านการสร้างสายพันธ์ออกซิเจนที่ต้าน (ดูอนุมูลอิสระ) นิวตรอนไม่มีประจุไฟฟ้าและสามารถทำลายเซลล์ได้โดยการมีปฏิสัมพันธ์กับนิวเคลียส เนื้องอกมะเร็งมีแนวโน้มที่จะมีระดับออกซิเจนต่ำจึงสามารถทนต่อรังสี LET จำนวนน้อยได้ นี้จะช่วยให้นิวตรอนมีข้อดีในบางสถานการณ์ ข้อดีอย่างหนึ่งคือวงจรการรักษาโดยทั่วไปจะสั้นลง เพื่อที่จะฆ่าปริมาณเดียวกันของเซลล์มะเร็ง นิวตรอนต้องใช้เพียงหนึ่งในสามของปริมาณยาที่เป็นโปรตอนKeyhandokht Shahri, Laleh Motavalli, and Hashem Hakimabad."Neutron Applications in Cancer Treatment" Hellenic Journal of Nuclear Medicine 14:2(May–August 2011) ประโยชน์อีกประการหนึ่งก็คือความสามารถพิเศษของนิวตรอนที่ให้การรักษาโรคมะเร็งบางชนิดที่ดีกว่าเช่นต่อมน้ำลาย,มะเร็งเรื้อรัง adenoid, และบางชนิดของเนื้องอกในสมอง โดยเฉพาะอย่างยิ่ง gliomas เกรดสูงFeng-Yi Yang,Wen-Yuan Chang, Jia-Je Li,Hsin-Ell Wang,Jyh-Cheng Chen,and Chi-Wei Chang."Pharmacokinetic Analysis and Uptake of 18F-FBPA-Fr After Ultrasound-Induced Blood–Brain Barrier Disruption for Potential Enhancement of Boron Delivery for Neutron Capture Therapy" Journal of Nuclear Medicine 55:616-621(2014)

 LET 


เมื่อรังสีเอกซ์ที่มีพลังงานเพื่อการรักษา (1-25 MeV) มีปฏิสัมพันธ์กับเซลล์ในเนื้อเยื่อของมนุษย์ พวกมันเขาทำเช่นนั้นส่วนใหญ่โดย'การปฏิสัมพันธ์แบบคอมป์ตัน' และผลิตอิเล็กตรอนทุติยภูมิพลังงานค่อนข้างสูง อิเล็กตรอนพลังงานสูงเหล่านี้สะสมพลังงานของพวกมันที่ประมาณ 1 keV/ไมโครเมตรJohns HE and Cunningham JR. The Physics of Radiology. Charles C Thomas 3rd edition 1978. โดยการเปรียบเทียบ อนุภาคมีประจุที่ผลิตได้ที่ไซต์ของการปฏิสัมพันธ์นิวตรอนอาจส่งมอบพลังงานของพวกมันในอัตรา 30-80 keV/ไมโครเมตร ปริมาณของพลังงานที่สะสมไว้เมื่ออนุภาคเจาะผ่านส่วนของเนื้อเยื่อจะถูกเรียกว่าการถ่ายโอนพลังงานเชิงเส้น (LET) รังสีเอกซ์จะผลิตรังสี LET ปริมาณน้อยและนิวตรอนจะผลิตรังสี LET ปริมาณมาก

เพราะอิเล็กตรอนที่ผลิตจากรังสีเอกซ์มีพลังงานสูงแต่มี LET ต่ำ เมื่อพวกมันมีปฏิสัมพันธ์กับเซลล์ โดยทั่วไปจะมีการแตกตัวเป็นไอออนไม่มากนักจะเกิดขึ้น จากนั้นมันเป็นไปได้ว่าการฉายรังสี LET ที่ต่ำจะทำให้เกิดการแบ่งกลุ่มสาระเดียวของเกลียวดีเอ็นเอ การแบ่งเส้นใยเดี่ยวของโมเลกุลดีเอ็นเอสามารถได้รับซ่อมแซมอย่างง่ายดาย และดังนั้นผลกระทบต่อเซลล์เป้าหมายจึงไม่จำเป็นต้องรุนแรง ในทางตรงกันข้ามอนุภาคที่มีประจุและมี LET ที่สูงเมื่อถูกผลิตจากการฉายรังสีนิวตรอนจะทำให้เกิดการแตกตัวเป็นไอออนจำนวนมากตอนที่พวกมันเจาะผ่านเข้าไปในเซลล์ ดังนั้นการแบ่งสองครั้งของสาระของโมเลกุลดีเอ็นเอก็เป็นไปได้ การซ่อมแซมดีเอ็นเอจากการแบ่งสาระสองครั้งจึงเป็นเรื่องยากมากขึ้นสำหรับเซลล์ที่จะทำการซ่อมแซมและมีแนวโน้มมากขึ้นที่จะนำไปสู่​​การตายของเซลล์

กลไกการซ่อมแซมดีเอ็นเอนั้นมีประสิทธิภาพมากGoodsell DS. Fundamentals of Cancer Medicine The Molecular Perspective: Double-Stranded DNA Breaks The Oncologist, Vol. 10, No. 5, 361-362, May 2005 และในช่วงอายุของเซลล์ จะมีการซ่อมแซมการแบ่งเส้นใยเดี่ยวดีเอ็นเอหลายพันครั้ง อย่างไรก็ตามปริมาณที่เพียงพอของการแผ่รังสีจากการแตกตัวเป็นไอออน จะทำให้เกิดการแบ่งดีเอ็นเอมากมายซะจนกระทั่งมันท่วมท้นความสามารถของกลไกของเซลล์ที่จะรับมือได้

การรักษาด้วยไอออนหนัก (เช่นไอออนของคาร์บอน) ใช้ประโยชน์จากไอออนที่มี LET สูงของ 12C6+ ที่คลัยกันKubota N, Suzuki M, Furusawa Y, Ando K, Koike S, Kanai T, Yatagai F, Ohmura M, Tatsuzaki H, Matsubara S, et al. A comparison of biological effects of modulated carbon-ions and fast neutrons in human osteosarcoma cells. International Journal of Radiation Oncology*Biology*Physics, Volume 33, Issue 1, 30 August 1995, Pages 135-141German Cancer Research Center

เพราะว่า LET ที่สูง ความเสียหายจากรังสี (ผลกระทบทางชีวภาพสัมพันธ์ ()) ของนิวตรอนเร็วจะเป็น 4 เท่าของ RBE ของรังสีเอกซ์Pignol JP, Slabbert J and Binns P. Monte Carlo simulation of fast neutron spectra: Mean lineal energy estimation with an effectiveness function and correlation to RBE. International Journal of Radiation Oncology*Biology*Physics, Volume 49, Issue 1, 1 January 2001, Pages 251-260
Theron T, Slabbert J, Serafin A and Böhm L. The merits of cell kinetic parameters for the assessment of intrinsic cellular radiosensitivity to photon and high linear energy transfer neutron irradiation. International Journal of Radiation Oncology*Biology*Physics, Volume 37, Issue 2, 15 January 1997, Pages 423-428 หมายถึง 1 RAD ของนิวตรอนเร็วจะเท่ากับ 4 RADS ของรังสีเอกซ์. RBE ของนิวตรอนก็ยังขึ้นอยู่กับพลังงานเช่นกัน ดังนั้นลำแสงนิวตรอนที่ผลิตขึ้นด้วยสเปกตรัมพลังงานที่แตกต่างกันและในสถานที่ที่แตกต่างกันจะมีค่า RBE ที่แตกต่างกัน

 อ้างอิง 

หมวดหมู่:นิวตรอน