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Física para mejorar radioterapias

Yanine Quiroz
6/ago/2019

Pocas ciencias han tenido una contribución tan significativa en el diagnóstico y tratamiento del cáncer como la física. Durante más de un siglo, esta ciencia ha tenido un gran papel en el desarrollo de las radioterapias y, en los últimos 20 años, de nuevas técnicas que permiten que el tratamiento del cáncer con radiación sea más seguro y efectivo.

“El principal papel de la física en la radioterapia es encontrar formas de minimizar la supervivencia de células tumorales y maximizar la supervivencia de tejido normal”, dijo Colin Orton, profesor emérito del Departamento de Oncología de Radiación de la Wayne State University y fellow de la Asociación Estadounidense de Físicos en Medicina (AAPM), en una ponencia que ofreció en la Escuela de Verano de Física Médica, un espacio de encuentro entre investigadores mexicanos y extranjeros para compartir avances sobre física médica, realizada del 10 al 14 de junio en el IFUNAM.

“Es muy fácil curar el cáncer, solo pones mucha radiación en el tumor, pero podrías dañar el tejido sano. Este es el principal problema radiológico, y la física podría ayudarnos a resolverlo”, mencionó Orton.

De acuerdo con la investigadora del Instituto de Física, Guerda Massillon, quien fungió como organizadora de la Segunda Escuela de Verano, aplicar la radiación únicamente al tumor, dar justo en el blanco, requiere un conocimiento sobre el proceso de interacción de la radiación con la materia en diferentes tipos de tejidos.

En su presentación, Orton, quien también preside el Consejo Internacional de Certificación en Física Médica (IMPCB, por sus siglas en inglés), habló de los avances en la radioterapia a nivel mundial.

Uno de ellos es la hipofraccionación, un tratamiento en el que el paciente recibe menos sesiones de radiación (entre 1 a 20) y altas dosis por sesión (de 3 a 20 gray). Tener pocas sesiones reduce el tiempo de tratamiento con radioterapia y eso importa porque las células tumorales se reproducen rápidamente. Gracias a la física ya hay nuevos desarrollos que están tratando de reducir el tiempo de tratamiento con radioterapia.

“Mi predicción es que con el uso óptimo de la física empleando más imágenes avanzadas, guía del tratamiento por imágenes, rastreo de movimiento, protones, etc, estaremos usando 5 sesiones para la mayoría de los cánceres en el futuro cercano”, destacó. Actualmente se realizan entre 1 a 20 sesiones.

Colin Orton, profesor emérito del Departamento de Oncología de Radiación de Wayne State University y Fellow de la Asociación Estadounidense de Físicos en Medicina (AAPM) Foto: David Salcedo.

Mejores imágenes y algoritmos, gracias a la física

Según Orton, la guía del tratamiento por imágenes ha hecho posible que los físicos generen formas de visualizar la forma y extensión del tumor, así como los tejidos normales circundantes, con mayor precisión antes y durante los tratamientos. Así, mientras se tratan los pacientes es factible ver qué órganos se deben evitar y dónde está la anomalía.

Desde hace 30 o 40 años se usaba sólo la tomografía computarizada, un procedimiento que proyecta rayos X a un paciente para obtener imágenes digitales, pero ahora se utiliza en combinación con otros métodos como la resonancia magnética o la tomografía por emisión de positrones, que permiten delimitar mejor los tumores objetivo y el tejido normal circundante.

“Ya tenemos aceleradores lineales con resonancia magnética. Este aparato tiene una cama donde se desliza el paciente, el dispositivo acelera electrones para darle al objetivo tumoral, pero tener electrones con imanes es el gran reto. Se trata de crear una imagen y al mismo tiempo acelerar los electrones para suministrar la radioterapia, eso requiere de mucha información de física”, puntualizó.

De hecho, adelantó, muy pronto estará listo un acelerador lineal que combine resonancia magnética y tomografía por emisión de positrones, con el que se podrá ver qué esté pasando al interior del paciente mientras éste recibe tratamiento.

Otro de los avances que ofrece la física tiene que ver con hacer que la región de dosis alta se ajuste a la forma del tumor y evite los tejidos normales, algo que se conoce como radioterapia altamente conformada y que inició hace unos 15 años.

De acuerdo con Orton, en las últimas dos décadas ocurrió una gran revolución de la física en el tratamiento de pacientes, al tener algoritmos de planeación inversa. Estos algoritmos se aplican en la Radioterapia de Intensidad Modulada, una tecnología que identifica, por ejemplo, 9 campos en la próstata de un paciente, y a cada campo se le aplica una intensidad modulada. La distribución de esa intensidad se diseña con planeación inversa. “Ésta le dice al sistema computacional qué distribución de radiación quieres aplicar al paciente”, detalló.

Ahora esto se hace de forma más eficiente con nuevas tecnologías, una de ellas es Cyberknife, un acelerador lineal montado sobre un brazo robótico con el que se "pintan" las distribuciones de radiación que se quiera aplicar al paciente desde cada ángulo en 3D. También tiene tubos de rayos X y dispositivos de imagen, con los que se pueden tomar imágenes mientras se realiza la irradiación del paciente.

“De hecho a un paciente con cáncer de pulmón puedes seguirlo mientras respira, el brazo robótico se puede programar para que se mueva y "pinte" la dosis de radiación en el objetivo que se va moviendo. Otro gran desarrollo de la física”, afirmó el investigador.

Además de estas técnicas, Orton mencionó otras más que parecen ser prometedoras para la radioterapia del futuro, como la inclusión de nanopartículas a los tumores para incrementar las dosis para las células cancerosas. O la radioterapia con protones, que logra que los protones que van hacia un tumor objetivo se detenga en él y no sigan traspasando otros tejidos.

El investigador prevé que todos estos avances traerán varios beneficios, desde reducir el tiempo y costo de tratamiento de la radioterapia, disminuir la repoblación y reparación de las células de cáncer, hasta aumentar las tasas de curación de los pacientes.

Colin Orton, profesor emérito del Departamento de Oncología de Radiación de Wayne State University y Fellow de la Asociación Estadounidense de Físicos en Medicina (AAPM) Foto: David Salcedo.

¿Pero cómo funciona la radioterapia?

La radioterapia es un tratamiento que emplea radiaciones ionizantes (fotones como rayos X o gamma y partículas cargadas) para eliminar las células cancerosas y detener su propagación, ya que el cáncer surge del crecimiento anormal de células de un tejido, debido a diferentes factores como la genética, eventos estocásticos, entre otros.

Para matar las células tumorales y evitar que se reproduzcan, explicó Colin Orton, se necesita dañar, con radiaciones, los dos brazos de su ADN de forma permanente, pues ambos contienen información genética. Por lo que si se rompe un solo brazo, el que no está roto se repara copiando su información genética. “Todo lo que hacemos en la radioterapia es tratar de dañar ambos brazos del ADN de las células tumorales”, señaló.

Sin embargo, las dosis de radiación deben ser suficientemente altas para dañar ambos brazos del ADN de las células cancerosas y no tan altas para que los tejidos normales que están alrededor puedan tolerarlas. Es por eso que “hay una ventana de oportunidad a bajas dosis, donde la supervivencia de células normales es mayor que la de las células de cáncer. Ahí es donde quiere actuar la radioterapia”, afirmó el investigador.

En esa ventana de oportunidad se puede fraccionar la dosis, es decir, emitir una cantidad baja de dosis por sesión. Orton mencionó que a lo largo de 100 años de experiencia clínica, los científicos sabían que esa dosis tiene que ser de 2 gray por fracción, porque con esa cantidad sobreviven más células normales que de cáncer.

La ventaja de la fraccionación (dosis por sesión) es que permite usar dosis más altas para matar las células de cáncer sin tener que destruir células normales. ¿Cómo se logra esto? De nuevo, con física. De acuerdo con Orton, los físicos médicos pueden ayudar a optimizar las distribuciones de las dosis de radiación, por ejemplo, al calcular el ahorro geométrico de tejido normal para distribuir mejor, y de forma más eficiente, la dosis efectiva.

Ese es el objetivo final de todo el trabajo que han hecho los físicos hasta ahora: lograr que la radioterapia moderna sea más efectiva para curar el cáncer y más segura para los pacientes.

Guerda Massillon, organizadora de la Segunda Escuela de Verano en Física Médica. Foto: David Salcedo.