مهندسی هسته ای و پرتو پزشکی

انگشت های من

می بارند

و نام تو

می روید.

 

"عمران صلاحی"

 

تفاوت از یک رشته به رشته دیگر و همچنین میان تومورهای مختلف ، یک تصویر مرکب را بوجود می آورد که غیر قابل تفسیر است. در شکل زیر دانه های گرد سیاه رنگ ، هسته های سریع الرشد سلول های سرطانی اند. سیتوپلاسم خاکستری کمرنگ و یکدست زمینه (بکگراند) است.

شکل زیر نیز سلول های GBM که دوکی شکل اند را نشان می دهد. سلول های چند ضلعی با شکل ها و سایزهای گوناگون نشان دهنده GBM اند. توجه شود که ساختار معماری سول تغییر پیدا کرده است.

رادیوتراپی استاندارد برای درمان تومورهای وخیم مغزی (GBM) پس از بیوپسی (برداشت بافت زنده) یا نمونه برداری برای درمان بوسیله اشعه X با انرژی 4 تا 6 MeV برای دست یابی به دوز 60 گری با مقدار روزانه 1.8 تا 2.0 Gy (گری) به مدت پنج روز در هفته انجام می شود. در برخی مقالات استفاده از حداکثر 160 گری در هر تومور هم ذکر شده است. متاسفانه ، باوجود این دوز های بالا، هنوز به یک نتیجه مفید درمانی با اشعه X نایل نشده اند.

نتایج کلی بدست آمده از روش های مرسوم درمانی بقای متوسط برای GBM بین هشت تا چهارده ماه است و پایداری متوسط GBM برای حالت بدون درمان به طور متوسط سه ماه می باشد. مطالعات کلنیکی BNCT انجام شده در MIT و جاهای دیگر هنوز ادامه دارد، ولی به زودی به نتیجه نهایی خود خواهد رسید و مشخص خواهد شد که آیا BNCT برای درمان GBM و انواع دیگر بیماری ها مفید است یا خیر. نتایج اولیه این تحقیقات نشان می دهد که BNCT در حال تبدیل شدن به موثر ترین روش درمان برای GBM است که نیازی به سپری کردن زیاد وقت بیمار در بخش رادیوتراپی نیست. نتیجه درمان ملونوما (تومر سياه‌ رنگ‌ قشر عميق‌ پوست‌) با روش BNCT ، به صورت دلگرم کننده ای توانسته به درمان کل یا بخش اعظم تومور بینجامد. باید بیماران زیادی با این روش درمان شوند تا بتوان حکم قطعی را صادر کرد.

 هم اکنون، گروه های مختلفی در اروپا روی این روش کار می کنند. گروه MIT/Harvard در مرکز تحقیقات راکتور MITR-II برای استفاده از نوترون های نیمه حرارتی که بوسیله آلومینیم ، تفلون، کادمیوم و سرب فیلتر شده اند ، استفاده می کنند. به این ترتیب طیف گسترده ای از نوترون نیمه حرارتی به همراه مقدار کمی گامای ضمنی و نوترون سریع که شار نوترونی ضمنی ~5 x 10 9 neutron/ cm2-sec را بوجود می آورد. این پرتو اجازه می دهد که برای 1-4 بار در 10 دقیقه (یا کمتر) این کار در بخش درمان بیمارستان تکرار شود.

در توصیف عمل طیف NCT ، سه کمیت مهم مورد توجه است. که اینها توسط گروه نوترون تراپی MIT/Harvard به کار گرفته شده است.

اولی عمق مفید {advantage depth (AD)} می باشد که اندازه گیری حداکثر عمق مفید برای درمان را مشخص می کند. عمق مفید عمقی در بافت است که دز کل درمانی برابر دوز زمینه باشد. دوز کل درمانی حاصل مجموع دوز زمینه و دوز حاصل از واکنش 10B(n,alpha)7Li است. شکل زیر نمایش گرافیکی AD است. بیشترین عمق مفید (ADmax) وقتی اتفاق می افتد که نسبت دوز بور بین تومور و بافت سالم(خون) بی نهایت باشد. بهرحال ، عملا این نسبت 3:1  تا  4:1است. علاوه براین ، این نشان از وابستگی جذب دوز به شکل هندسی ناحیه و نشان می دهد که بخشی از واکنش های بورون در سیستم مویرگ مغز انجام می شود. استفاده از نسبت موثر "تومور به خون" 10:1 برای ترکیبات بورنی که نسبت تومور به خون 10:3 و تجمع کمی در بافت های سالم دارند ، می تواند به عنوان دوز معقول تقسیم شده از بورون در ناحیه بین تومور و بافت سالم تلقی شود.

دومی "نسبت مفید" { {advantage ratio (AR) است. AR مقدار توانایی درمان توسط پرتو برای به حداقل رساندن مجموع دوز به مغز سالم ، وقتی که یک دوز درمانی به مغز تابانده می شود را به ما می دهد. AR یک بعدی ، مجموع دوزی است که باید به بافت تومور برسد وقتی که به صورت نامنظم در مغز پخش شده باشد ، ولی بوسیله مجموع دوزی که باید به مغز سالم داده شود ، به آن می رسد (در راستای یک محور یک بعدی مغز). معمولا این محور در امتداد و مرکز پرتو درمانی فرودی است.

سومی "نرخ دوز عمقی مفید" { {advantage depth dose rate (ADDR)است که نرخ دوز RBE در عمق مفید محاسبه می شود. از روی تعریف AD ، ADDR به ماکزیموم نرخ دوز RBE برای بافت سالم گفته می شود. ADDR در ابتدا به عنوان ملاک شدت پرتو نوترونی برای نوترون های نیمه حرارتی ، در بیمارستان به کار رفت. 


بزرگنمایی تصویر



2 نوشته شده در  جمعه پانزدهم شهریور 1387ساعت 2:13  توسط نوید خالدی  | 

 

زین دو هزاران من و ما ای عجبا، من چه منم!

گوش بنه عربده را، دست منه بر دهنم

چون که من از دست شدم، در ره من شیشه منه

ور بنهی، پا بنهم، هرچه بیابم شکنم

زانکه دلم هر نفسی دنگ خیال تو بود

گر طربی، در طربم؛ گر حزنی، در حزنم

...

"حضرت مولانا"

 

1-3ملاحظات کلینیکی

در سال 1951 ،Sweet برای اولین بار پیشنهاد داد که NCT ممکن است برای درمان تومورهای مغزی ،بویژه، درمان "گلیوبلاستوما مولتی فورم" (glioblastoma multiforme (GBM)) که یک تومور مقاوم نسبت به انواع تومورهای مغزی دیگر است ، مناسب باشد. شکل زیر نمای شماتیک روش NCT برای درمان تومورهای مغزی را نشان می دهد.

یک باریکه نوترون نیمه حرارتی به سمت سر بیمار تابانده می شود. در هنگام عبور از بافت مغز ، نوترون ها انرژی خود را بوسیله برخورد الاستیک، رفته رفته از دست می دهند( پروسه ای که حرارتی کردن نام دارد) تا به نوترون های حرارتی تبدیل شوند. نوترون های حرارتی تشکیل شده، توسط هستۀ 10B گیر انداخته می شود و به 11B تبدیل می شود که هسته این اتم به مدت خیلی کوتاهی در حالت برانگیخته می ماند (~10-12S). سپس 11B شکافته شده و به 7Li و ذره آلفا تبدیل می شود و در 94% موارد اشعه گاما نیز منتشر می کند. سلول های سرطانی به خاطر افت انرژی ذرات آلفا و لیتیوم در آن ، می میرند.

یک تحقیق آزمایشگاهی در باره NCT در آزمایشگاه ملی Brookhaven ، در سال های 1951 و 1952 همچنین راکتور تحقیقاتی انستیتو تکنولوژی ماساچوست MITR-I در سال 1961 و 1962 از نوترون حرارتی و تترا بورید سدیم (Na2B4O7*10H2O) به عنوان ماده گیر انداز استفاده کردند.

متاسفانه این آزمایش ها نتوانست کارایی و مزیت این روش درمانی را اثبات کند. بعدا مشخص شد عدم موفقیت آنان دو دلیل عمده داشته است:

1) نوترون های حرارتی در اثر عبور از بافت انرژی و شدت شان کاهش می یابد که ناشی از جذب و پراکندگی در بافت است. و عمق مناسب برای درمان NCT به 3 تا 4 سانتی متر محدود می شد. این بدان معنی است که تنها تومورهای سطحی قابل درمان بوسیله این روش بودند.

2) ترکیبات بورون داری که استفاده شده بود به طور آزادانه پخش شده بودند و مواد کم وزنی بودند که به نقاط مورد نظر در تومور نمی توانستند برسند. در نقاطی که خونرسانی بالایی وجود داشت ، بافت های مجاور دوز تابشی زیادی دریافت می کردند.

تحقیقات انجام گرفته در ژاپن توسط هاتاناکا و همکاران بسیار دلگرم کننده بود.که برای درمان تومور گلیوما صورت گرفت. NCT برای درمان ملانوما (Melanoma) در سطح ملی و بین المللی مورد توجه قرار گرفت.

تاریخ NCT به به طور غیر قابل انکار به GBM پیوند دارد. GBM یک نوع سرطان گلیا (glial) ، که محافظ بافت های سیستم اعصاب مرکزی است (CNS)، می باشد. سلول های گلیا ، محیط را به صورت شیمیایی و فیزیکی مهیا می کنند، که از نورون ها محافظت می کنند. پنجاه درصد سلول های CNS سلول های گلیا هستند. برخلاف نورون ها ، سلول های گلیال دائما چرخه تولد ، تفکیک و فراوری (میتوزیس) سلول  را طی می کنند. همین تفاوت باعث افزایش ابتلا به سرطان در گلیا را افزایش داده است.

به صورت ماکروسکوپی ، در GBM ، نشانه آناپلاسیا (افزایش تعداد سلول های ابتدایی و اولیه که باعث افزایش حجم می شود) بارز است که یکنواختی رنگ بافت نرمال مغز جای خود را به تکه های و دانه دانه های خاکستری رنگ بافت تومور می دهد که دچار مرگ یا ادم شده اند. شکل زیر اسکن CT (سی تی اسکن) یک بیمار مبتلا به غده گلیایی را نشان می دهد.

2 نوشته شده در  پنجشنبه سی و یکم مرداد 1387ساعت 22:40  توسط نوید خالدی  | 

1-1 مقدمه

درمان ایده آل سرطان باید به نحوی باشد که تمام سلول های سرطانی مورد حمله قرار گیرد بدون آنکه به بافت های سالم آسیبی برسد. بیشتر سلول های سرطانی باید مورد تهاجم قرار گیرند ، همچنین سیستم ایمنی بدن نیز می تواند به عنوان عامل کمکی باشد ، وگرنه ممکن است سلول های سرطانی دوباره بتوانند خود را بسازند. اگرچه امروزه روشهای تراپی (درمانی) (مانند جراحی، رادیوتراپی و شیمی درمانی) توانسته اند برخی انواع سرطان ها را درمان کنند، ولی درمان برخی سرطان ها هنوز نا موفق مانده است. روش آزمایش جدیدی برای درمان سرطان که "درمان بوسیله گیر اندازی نوترون توسط بور" یا همان BNCT ، نام دارد روشی امید بخش است.

بی ان سی تی دارای دو مولفه برای درمان است. مولفه اول : استفاده از بورون پایدار طبیعی Boron-10 که می توان توسط نشاندار کردن ترکیبات شیمیایی که تومور مایل به جذب آنهاست انجام گیرد. مولفه دوم: پرتو کم انرژی نوترون است. بورن 10 داخل و یا نزدیک تومور سرطانی، پس از گیراندازی نوترون شکافته می شود که تکه های (پاره های) پرانرژی و سنگین شکافت بور ، تنها به سلول های مجاور و خیلی نزدیک خود صدمه می زنند(برد کم به دلیل جرم زیاد به تکه های شکافت) که اصولا سلول های سرطانی هستند (به دلیل نشاندار کردن و جذب بورون در بافت سرطانی) و بافت های سالم کمترین آسیب را می بینند.

1-2 مبنای درمان بوسیله گیر اندازی نوترون NCT

پنج سال پس از کشف نوترون توسط چادویک Chadwick در سال 1932 در دانشگاه کمبریج ، یک فیزیک پزشک به نام "لوچر" Locher از انستیتو فرانکلین در پنسیلوانیا ، مفاهیم پایه ای NCT را بیان کرد. اصول فیزیکی NCT ساده و زیباست که بر پایه واکنش هسته ای است. وقتی بورون طبیعی 10B تحت تابش نترون های حرارتی کم انرژی قرار می گیرد ، در اثر شکافت هسته بور ، هلیوم-4He 4 پرانرژی (ذره آلفا) و یون لیتیوم-7  7Li، پس زده می شوند.

شکل زیر مراحل این رویداد را نشان می دهد.

روش BNCT بر اساس نشان دار کردن مواد تومور دوست با بور طبیعی انجام می شود که در تومور متمرکز می شود. در هنگام تابش تومور بوسیله نوترون، 10B با جذب نوترون های کم انرژی و پراکنده کردن ذرات کم برد آلفا و لیتیم که اکثر انرژی خود را در سلول های سرطانی به جا می گذارند، که اتم 10B در آن قرار دارد. بنابراین، اگر 10B با تمرکز بیشتری در تومور قرار گیرد (نسبت به بافت های سالم اطراف) ، در نتیجه بیشترین دوز تابشی به سلول سرطانی می رسد.

هسته های زیادی وجود دارند که از خود تمایل به جذب نورترون کم انرژی حرارتی نشان می دهند. از این هسته های متنوع ، که دارای سطح مقطع بالایی برای جذب نوترون هستند ، 10B جاذب بسیار خوبی برای این نوترون هاست ، چون:

1) 10B رادیو اکتیو نیست و به راحتی و وفور در طبیعت یافت می شود.

2) ذرات منتشر شده بوسیله واکنش جذب نوترون توسط بورون 10B(n, alpha)7Li دارای انتقال خطی انرژی(LET) یا dE/dx بالایی هستند.

3) طول مسیر طی شده توسط این ذرات در حد قطر یک سلول است. مثلا حدود 12 میکرون ، که باعث باقی گذاشتن بیشترین اثر بر روی سلول های سرطانی ای می شود که در اطراف 10B قرار دارند .

4) دانستن خواص شیمیایی بور ، اجازه می دهد که ترکیبات مختلف و متنوعی از آن برای تومورهای مختلف ساخته شود.

اگرچه سطح مقطع جذب عناصر داخل بافت چندین برابر کمتر از 10 B است (مانند هیدروژن و نیتروژن) ، ولی در کل باعث بالا رفت دز جذبی می شوند. کاهش دوز زمینه دارای اهمیت است ، چون در اثر شار نوترون (neutrons/cm 2) مقدار کمی واکنش (n,p) با نیتروژن رخ دهد 14N(n,p)14C رخ دهد. و یا واکنش نوترون-گاما(n, gamma) با هیدروژن رخ دهد1H(n,gamma) 2H .

ذرات آلفا و یون های لیتیوم، حاصل از واکنش 10 B(n, alpha)7 Li ، به دلیل برد کمشان در داخل بافت (در حد 12 میکرون) ، در صورت تمرکز خوب بور در بافت سرطانی و حداقل بودن آن در خارج بافت سرطانی کمترین آسیب را به بافت های سالم می رساند ولی این به معنی صفر بودن اثر این ذرات بر روی بافت های سالم نیست. بنابراین ، در NCT باید کاری کرد که 10 B به مقدار زیاد در بافت سرطانی متمرکز شود. بافتها و سلولهایی که 10 B به آنها نرسیده ، صفر و یا حداقل تابش را دریافت خواهند کرد.

ذرات آلفا، با LET زیاد، دارای مزایای بیولوژیکی دیگری هستند. برخلاف انواع دیگری از تابش ها ، مانند X-Ray (پرتو رنتگن یا رونتگن) ، ذرات آلفا برای بالا بردن تاثیر گذاری شان نیازی به اکسیژن ندارند. رشد سریع تومور باید با افزایش خونرسانی اش باشد ، که باعث عدم اکسیژن رسانی مناسب نسبت به بافت های سالم می شود. در اثر این کمبود اکسیژن ، تومور می تواند در برابر فوتون ها و الکترون های تراپی معمولی پایداری بیشتری از خود نشان دهد(به دلیل LET پایین). حساسیت تومور نسبت به آلفا و تغییر نمی کند حتی اگر اکسیژن رسانی آن پایین بیاید.

یک مزیت دیگر ذرات آلفا و لیتیوم این است که می توانند سلولهای تقسیم شده و تقسیم نشده را مانند هم از بین ببرند، که این دارای اهمیت است چون تومور به صورت تعداد زیادی سلول زنده و غیر فعال شناخته شده است. شیمی درمانی و برخی روش های دیگر رادیوتراپی فقط روی سلول های تقسیم شده جدید کار می کنند.

2 نوشته شده در  چهارشنبه بیست و ششم تیر 1387ساعت 18:5  توسط نوید خالدی  |