Медицинские новости:

Лазерная терапия рака: принципы лечения, история и перспективы

240 0
Лазерная терапия рака: принципы лечения, история и перспективы
Лазерная терапия (ЛТ) рака, а именно лазерная абляция, получает широкое признание при лечении солидных опухолей как ценная альтернатива хирургической резекции.

В этой статье рассматривается история возникновения и современное использование лазерных технологий в онкологии, а также перспективы лазерной терапии рака.

Мы обратили внимание на преимущества и недостатки лазера, перспективные решения для повышения эффективности лечения, инструменты планирования гипертермического лечения и термометрические методы, используемые хирургом при определении и выборе оптимальных настроек лазерного оборудования.

Новые технические решения и понимание взаимодействия лазерного луча с живой тканью позволят сделать ЛТ наиболее безопасным и эффективным методом лечения рака.

Общие сведения о лазерной терапии рака

На данный момент различные абляционные методы предлагаются в качестве альтернативы традиционной хирургической резекции опухолей.

К ним относятся:

• Лазерная абляция
• Радиочастотная абляция
• Микроволновая абляция
• Высокоинтенсивный фокусированный ультразвук
• Криохирургические методы лечения рака.

Все эти методы обещают уничтожить опухоль, сохраняя при этом нормальные ткани.

Абляционная терапия может проводиться минимально инвазивным способом, позволяя облегчить болевые ощущения и кровопотерю и сократить время восстановления.

Среди вышеупомянутых методов лазерная абляция стала наиболее привлекательной возможностью доставки высокоэнергетических лучей к мишеням в глубоко залегающих органах и тканях через гибкое и удобное оптическое волокно.

Первое применение лазера в хирургии состоялось вскоре после его изобретения, когда в 1961 году Сэлон и соавторы исследовали его потенциал в качестве клинического инструмента.

В 1980-х годах были проведены первые доклинические и клинические испытания лазеров как абляционных инструментов при раке головного мозга, желудочно-кишечных опухолях (раке печени и поджелудочной железы) и раке предстательной железы.

Методы лазерной терапии рака

В настоящее время, когда мы говорим о лазерной терапии, то подразумеваем нечто большее, чем просто нагревание опухолевых тканей.

Существует два принципиально разных метода:

Фотодинамическая терапия рака: метод, основанный на активации лазерным лучом предварительно введенных в организм пациента фоточувствительных лекарственных молекул. При этом фармакологическое (цитотоксическое) действие возможно исключительно в том месте, где частицы облучаются лазером.

Лазерная абляция, или интерстициальная лазерная термотерапия: данный метод предполагает уничтожение опухолевой ткани путем локального перегревания.

В сегодняшней статье мы сосредоточимся именно на лазерной абляции — широко распространенном методе, который применяют для лечения первичных и вторичных опухолей печени, рака толстой кишки, предраковых изменений шейки матки, злокачественных опухолей головы и шеи, рака поджелудочной железы.

Огромный интерес представляет использование лазерной абляции для малоинвазивного лечения труднодоступных опухолей легких, вызывающих обструкцию дыхательных путей.

Преимущества и недостатки лазерной терапии

Главным преимуществом лазерного луча является высочайшая точность, позволяющая выполнять процедуры в местах, недоступных для традиционных хирургических техник.

Преимущества и недостатки лазерной терапии

Другие преимущества лазерной терапии:

• Минимально инвазивное лечение опухолей
• Минимизация боли, кровопотери и других осложнений
• Возможность амбулаторного лечения пациентов
• Быстрое выполнение процедуры
• Быстрое восстановление.

Тем не менее, метод лазерной абляции все еще далек от совершенства из-за технических ограничений оборудования.

Поэтому пациентам стоит учитывать ряд недостатков:

• Процедура может стоит очень дорого
• Экспертный центр лазерной терапии найти непросто
• Лазеры изучены не при всех видах опухолей
• Объем исследований недостаточный.

Компоненты лазера и факторы лазерного воздействия на ткань

Следует понимать, что лазерная терапия не работает в «сферическом вакууме», а ограничена рамками взаимодействия лазерного луча и той среды, которая пропускает луч в ткани.

Лазер состоит из источника питания, среды генерации и отражающих зеркал. Каждый прибор испускает монохроматический свет, длина волны которого определяет свойства лазера и взаимодействие с биологической тканью.

Среда обычно представляет собой гибкое оптическое волокно небольшого диаметра приблизительно 0,2–0,8 мм, которое пропускает лазерный луч в глубокие органы.

Взаимодействие лазера с живой тканью можно описать тремя явлениями: рассеянием, отражением и поглощением. Свет, поглощаемый тканью, преобразуется в тепло.

Длительное воздействие на опухолевые клетки температуры от 45 до 55 °С или короткое воздействие температуры выше 60 °С вызывает необратимое повреждение клеток.

Сложные математические исследования, основанные на анализе скорости Аррениуса, позволяют оценить гибель клеток как функцию температуры и времени воздействия.

На выработку тепла в ткани, то есть на эффект лазерной абляции, влияет:

• Длина волны лазерного излучения
• Настройки лазера (мощность, энергия, время обработки)
• Эмиссионные характеристики оптического аппликатора
• Физические свойства ткани.

Чтобы разрушить опухоль, не повреждая здоровые окружающие ткани или минимизируя нежелательные эффекты, должны быть приняты во внимание все упомянутые факторы.

Ключевым параметром, используемым для описания поглощения лазерного луча тканью, является длина поглощения. Она определяется как глубина живой ткани, необходимая для поглощения приблизительно 63% падающего света.

Длина поглощения зависит от типа лазера (длина волны лазерного излучения). Данный показатель также связан с оптическими характеристиками конкретной опухоли и самой окружающей здоровой ткани.

Лазеры с длиной волны, которая слабо поглощается тканью, обычно используются для поверхностного лечения опухолей кожи и слизистых оболочек. И наоборот, для лечения глубоких опухолей требуется большая глубина оптического проникновения.

Выбор настроек обусловлен эффектами, которые нужно достичь во время процедуры. Лазерная терапия рака может выполняться в непрерывном или в импульсном режиме.

В непрерывном режиме используется невысокая мощность лазера (в диапазоне от 2-3 Вт до 30 Вт) и длительное время лечебного воздействия (от 5 до более чем 20 минут).

В импульсном режиме, при котором энергия лазера выделяется периодически в серии импульсов, а не постоянно, используется более высокая мощность лазера (> 100 Вт).

Следует отметить, что повышение температуры ткани (следовательно, повреждаемого объема) не является линейной функцией по отношению к настройкам лазера. Таким образом, температура ткани и объем повреждения опухоли не возрастает пропорционально увеличению времени лечения и мощности лазерной установки.

Эмиссионные характеристики оптического аппликатора играют первостепенную роль в геометрии поврежденной ткани. Аппликаторы, которые называют «голыми волокнами», использовались во время первых процедур лазерной абляции при раке.

Они представляют собой оптический волновод с излучающим дистальным концом.

Соответствующие конструкции позволяют снизить удельную мощность и температуру на поверхности, тем самым лучше контролировать геометрию поврежденной ткани.

В дальнейшем были внедрены сапфировые волокна, чтобы избежать карбонизации вокруг кончика волокна для более глубокого проникновения внутрь ткани, потому что обугленная ткань ограничивает проникновение света и некроз ткани.

Затем были разработаны и одобрены для клинического применения другие аппликаторы, такие как цилиндрический волоконный наконечник и «зебра-аппликаторы».

Кроме того, предложено несколько решений, основанных на разработке аппликатора с охлаждаемым наконечником или на использовании нескольких оголенных волокон для получения больших и контролируемых объемов повреждения опухоли.

Использование лазера для абляции тканей не лишено проблем в плане безопасности.

ЛТ осуществляется при помощи установок, излучающих свет с мощностью, превышающей 0,5 Вт. Например, в США медицинские лазеры являются лазерами класса IV в соответствии со стандартом ANSI (Американский национальный институт стандартов).

Высокая мощность света, излучаемого лазерами класса IV, опасна для глаз и кожи.

Как следствие, для обеспечения лазерной безопасности в клиниках внедрены строгие административные, инженерные и процедурные меры. Весь персонал, вовлеченный в лечение и обслуживание установок, проходит специальную подготовку.

Все участники процесса должны надевать защитные очки, предназначенные для конкретной длины волны и оптической плотности. Кроме того, доступ к помещению во время процедуры должен контролироваться, а на дверях устанавливают знак опасности лазера.

Аналогичные требования существуют в европейских институтах, которые занимаются исследованиями и / или клиническим применением лазерной абляции.

Лечение лазером в онкологической хирургии

Как сказано выше, воздействие лазерного излучения на живую ткань зависит от режима работы лазера и длины волны излучения. Поэтому для достижения специфических целей исследователи по всему миру предлагают различные типы установок.

Они отличаются в основном длиной волны и, следовательно, длиной поглощения.

Когда требуется глубокое проникновение, используются лазеры, излучающие инфракрасный свет. Диодные лазеры с длинами волн 800–980 нм и лазеры на иттрий-алюминиевом гранате с неодимом (Nd:YAG Y3Al5O12) с длиной волны 1064 нм имеют длину поглощения приблизительно 10 см, как показано на рисунке ниже.

Диодные лазеры с длинами волн 800–980 нм и лазеры на иттрий-алюминиевом гранате с неодимом (Nd:YAG Y3Al5O12) с длиной волны 1064 нм имеют длину поглощения приблизительно 10 см

Лазер KTP:YAG (KTP означает калий-титанил-фосфат) работает на длине волны 532 нм и легко поглощается гемоглобином, однако глубоко проникает в воду. Эта разница наглядно отображена на иллюстрации выше.

Поглощение света здесь ограничено тремя важными компонентами биологической ткани, потому что анализ конкретных органов приведет к трудностям, данные будут неполными, а экспериментальные цифры, касающиеся значений поглощения, демонстрируют значительные расхождения.

Поверхностные опухоли уничтожают с помощью CO2-лазера (10 600 нм), тулия (2016 нм) или Ho:YAG (2100 нм) с меньшей глубиной проникновения — от 10 мкм до почти 1 мм.

Nd:YAG, Ho:YAG и диодные лазеры в свое время стали оригинальными и широко востребованными лазерами в клинической практике.

Опыт применения лазера Nd:YAG в лечении рака

Лазер Nd:YAG (1064 нм) обычно используется в непрерывном режиме. На протяжении десятилетий он был наиболее широко используемым, поскольку большое проникновение длины волны является оптимальным при лечении нескольких опухолей.

Абляция в основном выполняется с помощью голых и цилиндрических аппликаторов, что позволяет создавать зоны абляции ткани диаметром до 15 мм или 50 мм соответственно.

Использование охлаждаемого аппликатора может улучшить радиальное распределение температуры, избежать карбонизации и использовать более высокую мощность лазера.

Гепатоцеллюлярная карцинома (ГЦК) и метастазы в печени были наиболее часто излечиваемыми видами рака при использовании лазера Nd:YAG. Эти процедуры выполняют при низкой мощностью излучения порядка 5 Вт и временем обработки порядка 6-12 минут.

Мощность лазера можно увеличить до 30–40 Вт с помощью охлаждаемых аппликаторов.

Некоторые исследователи использовали этот лазер для абляции метастазов в печени с хорошими результатами с точки зрения выживаемости и осложнений. Крупные метастазы в печени лечили модифицированными методами, включающими «отодвигание» аппликатора или использование сразу нескольких аппликаторов.

Предраковые поражения и ранние стадии рака полового члена лечат лазером с 80-х годов.

Показанием для использования лазерной терапии в этой клинической ситуации является поверхностный рак полового члена (стадия Tis или T1). Противопоказаниями к лазерной терапии являются опухоли с глубиной инвазии > 6 мм и опухоли Т2.

Несколько новых исследований сосредоточены на эффективности лазеров Nd:YAG при раке полового члена и на комбинации лазеров Nd:YAG и CO2. Эти работы завершились хорошими результатами с точки зрения местного рецидива и удовлетворенности пациентов, а также хорошими функциональными и косметическими результатами.

В течение 1980-х и 1990-х годов рак мочевого пузыря лечили лазерами Nd:YAG высокой мощности с короткими импульсами. Основным риском является перфорация кишечника или мочевого пузыря при высокой мощности (> 50 Вт), хотя об этом сообщалось даже при 35 Вт.

Этот лазер использовался для удаления метастазов в шейный лимфатический узел при папиллярной карциноме щитовидной железы с хорошими результатами с точки зрения технического успеха (100% лимфатических узлов) без серьезных осложнений.

Несмотря на многообещающие результаты, использование лазеров на Nd:YAG для лечения рака мочевого пузыря было прекращено с внедрением альтернативных устройств.

Лазерная терапия Nd:YAG применялась для паллиативного лечения таких опухолей:

• Рак легких
Рак толстой кишки
• Рак молочной железы
• Нейроэндокринные опухоли поджелудочной железы
• Агрессивная глиобластома
• Остеоид-остеома
• Опухоли мочеточника
• Рак почки.

Такое лечение обычно проводится при настройках мощности 5 Вт и нескольких минутах экспозиции или при высокой (50 Вт) мощности с короткими импульсами 1-3 с.

Клиническое применение лазера Ho:YAG в онкологии

Гольмиемый лазер Ho:YAG работает в импульсном режиме на длине волны 2100 нм.

Начиная с 90-х годов, Ho:YAG заменил Nd:YAG лазер для лечения поверхностного рака мочевого пузыря. Процедуры выполняются на частотах 5–40 Гц, энергии на импульс 0,5–2,2 Дж и мощности 4–40 Вт, и показывают, что частота пери- и послеоперационных осложнений ниже по сравнению с обычной трансуретральной резекцией.

В урологии этот лазер также используется для лечения опухолей верхних мочевых путей с настройками, аналогичными тем, которые рекомендуют при абляции рака мочевого пузыря.

Диодные лазеры как современная альтернатива

В последнее время диодные лазеры вытесняют Nd:YAG лазер, потому что они более компактны и портативны (весят менее 10 кг), экономичные и обеспечивают длины волн от 800 до 980 нм с проникновением в ткани, аналогичным проникновению Nd:YAG лазеров.

Диодные лазеры широко использовались при злокачественных опухолях предстательной железы с очень хорошими результатами с точки зрения осложнений и рецидивов опухоли.

Лечение проводится на разных длинах волн (805 нм, 830 нм или 980 нм), а количество поврежденной ткани контролируется с помощью ультразвука настройкой температуры с помощью специальных флуороптических тепловых зондов.

Лазерные диоды (980 нм) также использовались для лечения метастатических опухолей головного мозга. При лечении обратная связь и настройка температуры осуществлялась при помощи магнитно-резонансной термометрии, с адекватными результатами для четырех пациентов с точки зрения рецидива опухоли и осложнений.

Остеоид-остеома была пролечена диодным лазером на 805 нм с хорошими результатами в плане рецидивов (только шесть рецидивов в когорте из 114 пациентов, и все были успешно вылечены после второй процедуры).

Из-за растущей частоты выявления рака молочной железы на ранней стадии из-за широкого использования маммографии, диодный лазер (805 нм) также изучается в лечении небольших опухолей с использованием обратной связи по температуре.

Данный метод изучается для лечения метастазов колоректального рака в печень с использованием длины волны 810 нм.

Инновации в лазерной терапии рака

Наиболее многообещающие решения с точки зрения потенциального клинического воздействия лазерной абляции направлены на то, чтобы с высокой точностью контролировать объем поврежденных тканей, или на достижение более селективного лечения опухолей, безопасного для окружающих здоровых тканей.

Лазерная терапия применялась для паллиативного лечения разных видов опухолей

Планирование гипертермического лечения

Последние выдающиеся работы посвящены разработке инструментов планирования гипертермической терапии (Hyperthermal Treatment Planning — HTP), усовершенствованию оборудования для термометрии в реальном времени и использованию наночастиц, нацеленных непосредственно на опухолевые клетки.

Новые инструменты HTP позволяют правильно выбирать и гибко настраивать параметры обработки опухоли лазерным лучом, чтобы повысить терапевтическую эффективность, но ограничить, насколько возможно, потенциальные осложнения.

HTP моделируют взаимодействие между энергией и тканью, чтобы получить прогноз распределения температуры и, следовательно, точного объема поврежденной ткани.

Моделирование лазерной терапии рака можно разделить на три этапа:

1. Первый этап — создание модели пациента с определением геометрии и физических свойств тканей опухоли. Этот шаг имеет решающее значение, поскольку геометрия и характеристики ткани определяют взаимодействие «ткань-энергия».
2. Второй этап предполагает расчет энергии, поглощаемой тканью. Модели зависят от выбора устройства для гипертермии. Эта задача выполняется путем моделирования по методу Монте-Карло и требует знания оптических свойств живой ткани на используемой длине волны лазера и метода излучения аппликатора.
3. Третий этап обеспечивает распределение температуры. Модель, наиболее широко используемая для выполнения этого прогноза — уравнение Пенна. Точный прогноз температуры помогает улучшить результаты лазерной абляции.

Важность HTP в современных клинических условиях подтверждается недавним решением Европейского общества по гипертермической онкологии включить HTP в свои руководства по обеспечению качества при глубокой гипертермии.

Такие инновационные инструменты, как Hyperplan, уже подтвердили клиническую эффективность. В недавнем исследовании Hyperplan предсказал возникновение дискомфорта и его локализацию в группе из 30 пациентов с ошибкой прогноза температуры менее 4°C.

Инструменты HTP используются для повышения безопасности и эффективности местных гипертермических методов лечения в сочетании с лучевой терапией и химиотерапией.

Несмотря на ограничения HTP в точном прогнозировании распределения температуры, они продемонстрировали заметные улучшения в последние несколько лет, поэтому интеграция их в клинический рабочий процесс получает всеобщее распространение.

Методы термометрии при лазерной абляции

Важность мониторинга температуры во время ЛТ мотивирована тем, что количество поврежденной ткани зависит как от карты температур ткани, так и от времени воздействия. Поэтому отслеживание температуры ткани в реальном времени может быть особенно полезным для оптимизации настроек лазера при абляции опухолей.

Термометрические методы лечения делятся на две категории: инвазивные и неинвазивные.

Среди инвазивных термометрических методов наиболее широко используемые датчики — термисторы, термопары или оптоволоконные датчики. Их использование было описано во многих исследованиях лазерной терапии рака in vivo и ex vivo.

Они позволяют осуществлять мониторинг температуры в реальном времени с хорошим пространственным разрешением при умеренной (термопары) или высокой (термисторы) точности измерений.

Основные недостатки этого оборудования связаны с внутренней инвазивностью и измерением только в одной точке. Также исследования указываются на потенциальные ошибки измерений при поглощении света проводами термопары или высокой теплопроводности для термопар и термисторов.

В данной области используются два типа преобразователей, основанных на волоконно-оптической технологии: волоконно-оптические датчики на основе решеток Брэгга Fibre Bragg Grating (FBG) и флюороптические датчики.

Эти технологии появились в лазерной терапии рака относительно недавно. Их преимущества связаны с невосприимчивостью к электромагнитным полям и полной совместимостью с МР, что позволяет использовать датчик во время процедур под контролем МРТ.

Их небольшой размер и гибкость, короткое время отклика, хорошее пространственное разрешение и высокая точность (0,2°C) также являются преимуществами.

Основные недостатки флуороптических датчиков связаны с их инвазивностью и возможностью выполнения измерений только в одной точке. Кроме того, FBG чувствительны к колебаниям, что может вызывать ошибки измерения во время испытаний in vivo, вызванные дыхательными движениями пациентов.

Наиболее перспективными неинвазивными термометрическими методами являются термометрия на основе МР и термометрия на основе компьютерной томографии.

В частности, МР-термометрия успешно использовалась во время лазерной терапии печеночно-клеточного рака и других опухолей печени, рака предстательной железы и метастазов в течение последних полутора десятков лет.

КТ-термометрия была впервые появилась в 1970-х годах, но исследователи были обескуражены ограничением КТ с точки зрения воспроизводимости и стабильности.

В последнее десятилетие технический прогресс в разработке компьютерных томографов побудил ряд научных групп по всему миру повторно изучать данный метод.

Методы термометрии при лазерной абляции

Хотя лазерная абляция, управляемая неинвазивной термометрией, находится в зачаточном состоянии, последние технические решения открывают колоссальные перспективы.

Основные преимущества этих двух неинвазивных методов связаны с отсутствием травматичности и возможностью 3D-контроля распределения температур.

Недостатки МР-термометрии — высокая стоимость сканирования и сложности работы в магнитном поле. Главный минус КТ-термометрии связан с ионизирующим излучением.

Наночастицы в лазерной абляции опухолей

Самым последним решением, которое заслуживает внимания, является использование наночастиц в фототермической абляции рака. Наночастицы могут повысить селективность для разрушения опухоли при сохранении целостности окружающей ткани.

Применение наночастиц основано на концепции, согласно которой материалы, сильно поглощающие свет, можно доставлять непосредственно в опухолевые клетки.

Последующее применение света с определенной длиной волны будет вызывать специфическую тепловую деструкцию опухолевых клеток, меченных наночастицами.

Наночастицы на основе золота поглощают свет в ближней инфракрасной области (NIR), где вода и гемоглобин демонстрируют высокую проницаемость, как показано на иллюстрации.

Если наночастицы избирательно накапливаются в опухоли, свет будет в основном поглощаться только опухолью. Как следствие, поглощенный свет, который преобразуется в тепловую энергию, вызывает повышение температуры, локализованное в тканях-мишенях.

Эта специфичность зависит от геометрии, морфологии и поверхностного заряда наночастиц; поэтому было разработано несколько видов наночастиц золота для фототермической абляции для оптимизации поглощения и селективности. Например, наностержни, нанооболочки, разветвленные наночастицы и наноклетки.

Наночастицы применяли в лечении рака молочной железы и рака поджелудочной железы. 

Эль-Сайед и соавторы указывают, что в отсутствие наночастиц клетки не разрушаются до мощности лазера 76 Вт/см2. С другой стороны, доброкачественные клетки с наночастицами погибали при 57 Вт/см2, а злокачественные клетки — при 25 Вт/см2.

Столь высокая чувствительность раковых клеток к лазерной терапии с наночастицами скрывает большие возможности для нового вида лечения.

Очевидно, использование наночастиц при лазерной абляции также находится в зачаточном состоянии. Первые многообещающие результаты дают основания полагать, что этот подход может приобрести важное клиническое значение в будущем.

Будущее лазерной терапии рака

ЛТ становится полноценной альтернативой хирургической резекции опухолей.

Конечная цель инновационной терапии — уменьшить страдания, связанные с определенными видами рака, и улучшить клинические результаты. После локализации опухоли и выявления ее особенностей (геометрия, контуры, гистология) в ЛТ возникают две основные проблемы: точное размещение аппликатора, планирование и мониторинг лечения.

Новые инструменты HTP и инструменты мониторинга начинают преодолевать ключевые проблемы, поэтому метод получает широкое внимание и клиническое признание.

Чтобы полностью раскрыть этот метод лечения рака, нужны новые решения, такие как высокоточные инструменты планирования, термометрия и развитие нанотехнологий.

Лечение лазером рака кожи: видео из Беларуси



Похожие статьи
показать еще