世界卫生组织简报

当亚原子物理研究遇到临床肿瘤

强子疗法是治疗某些肿瘤的新型疗法,但价格昂贵。这带来了一系列重要问题,如卫生系统在多大程度上能支付这些治疗费用。但对于某些肿瘤,包括儿童肿瘤来说,这些疗法是目前最有希望的疗法之一。Gary Humphreys报道。

Pete Pallagi/Mayo Clinic
在美国亚利桑那州正在建造的一家具有艺术家设计的新的质子治疗中心。这家中心将于2015年向梅奥诊所病人开放。

当生活在英国Wigan地区的Alison Ainsworth得知她8岁的儿子Izaak得了无法手术的脑部肿瘤(毛细胞型星形细胞瘤)时,她和她的丈夫Ged面临着一些严酷的选择。她回忆说,“当时的选择就是传统的放疗和化疗,而两者都没有什么希望”。

虽然传统放疗在过去几十年取得了很大进展,但由于光子具有分散性,容易透过目标肿瘤才释放能量,造成类似穿透伤,所以X光仍然会对周围正常组织造成损害。这就使得传统疗法尤其不适合敏感器官的肿瘤治疗,例如脑部或眼部肿瘤,或深藏于体内的肿瘤。传统疗法对儿童威胁更大。曼彻斯特The Christie癌症中心的临床肿瘤专家,Izaak的医生Ed Smith说,“儿童的大脑还在发育。对骨骼和肌肉组织的损伤会在晚些时候造成脸部发育问题。对其他器官如脑下垂体的损伤更会对发育过程本身造成影响。”

Alison和Ged决定让儿子接受为期18个月的化疗。但结果令人失望。“12个月后,化疗显然没有发挥作用。Izaak非常疲惫,病得非常严重,而肿瘤的大小没有变化。”Alison回忆说。他需要的是某种能够直达肿瘤,又不造成连带损伤的疗法。他需要的是质子治疗。

质子治疗,与碳离子治疗一样,是强子治疗的一种。与传统肿瘤治疗中的专业X光放疗相比,质子治疗能对肿瘤进行更精确的定位。

世界卫生组织基本药物和药物政策司协调员Adriana Velazquez说,“肿瘤是造成全球死亡人数最多的慢性非传染病之一,无论在高收入还是低收入国家。复杂而昂贵的医疗器械,包括高端技术和尖端研究,如用于癌症治疗的质子疗法,看起来前景广阔,尽管这样的治疗目前非常昂贵。我们希望通过进一步研究,以及这些技术的进一步普及,这些高端设备能用于世界范围内复杂癌症病例的有效治疗”。

这种新型疗法的治疗过程使用一种经过特殊改造的粒子加速器,如回旋加速器或同步加速器,向肿瘤发射一道带正电、高能量的亚原子粒子。粒子释放的能量能击碎目标肿瘤细胞的DNA,避免肿瘤复制,从而杀死癌细胞。根据代表强子疗法从业人员协会――粒子疗法合作集团的统计,到去年年底,全球95000多位患者接受了粒子放疗,其中84000位接受的是质子治疗。

与通过X光提供的光子相比,质子还有几个其他优点。首先,质子能携带足够的能量,破坏深达30厘米的肿瘤。而且,因为质子很“重”,它能够在最低弥散的情况下穿透组织器官。质子还会以相对快的速度慢下来,降低穿透伤作用,在进程的末端释放绝大多数能量。海登堡德国癌症研究中心肿瘤放射科医学物理部门的负责人Wolfgang Schlegel解释说,“通过改变质子流的力量,可以精确地控制能量爆炸的准确位置” 。因为质子流还可以被电磁折射,从而在三维上精确定位整个肿瘤。

既然质子对肿瘤的治疗如此适合,为什么不多用呢?三个原因经常被提及。第一是缺少质子疗法有效性的数据,这也是今年4月在《英国医学杂志》上发表的一篇文章中强调的一点。但是,正如Schlegel指出的那样,对于这种批评,现在越来越多的质子疗法用于前列腺癌治疗,特别是在美国,这种批评是对的,但是质子治疗对于儿童青少年肿瘤,以及成人颅底区和脊柱肿瘤的有效性的证据却日益增多。Smith也同意:“晚期的疗效需要很长时间才能显现。目前是缺乏足够证据,但是显然,大多数正常组织不会被质子放疗所破坏,这显然是其优点”。

Cern
这是小型线性加速器的早期模型之一,用于强子治疗。

第二个反对质子治疗的理由是其费用。质子治疗设施的大致费用是1.5亿美元(这是一般引用的大概数字),质子疗法对高收入国家来说也不便宜。但是正如其他一开始对大多数国家和大多数病人都无比昂贵的其他疗法一样,有朝一日情况也会改变。但目前质子疗法的确非常昂贵。

Schlegel很快指出,1.5亿美元不只包括治疗设施的建造费用,还包括其他开销,如员工和设施的维护费用,他的意思是这些费用也是传统化疗需要支付的。他还指出,如果实现最佳病人周转量,而且对每个病人都收取足够费用的话,设施在运营一年末就能实现盈亏平衡。那么治疗需要多少钱呢?“这要取决于保险公司愿意付多少。”Schlegel说。他补充说,海德堡的质子治疗中心向每位病人收费20000欧元(26000美元)。“由于离子治疗中心是作为研究机构资助的,如果我们每年治疗600-800病人,运营费用就够了。”他说。

每位病人收费20000欧元虽然听起来不少,但是正如欧洲原子研究组织(CERN)负责开发医用离子同步加速器的科学家之一Ugo Amaldi所指出的那样,最先进的X光放疗――断层放疗的费用是每位病人10000欧元。“这样(质子治疗和放疗的)价格差异就不那么大了。”Amaldi说。

第三个障碍是,质子治疗发展所需的回旋加速器或同步加速器需要很大空间。例如,在美国,2009年建造的宾夕法尼亚大学的回旋加速器重达200公吨,其发射的质子要经过一条长91米的充满各种设备的管道,才能进入治疗室。在治疗室里, 90吨重的电动起重机被用来实现对肿瘤的最佳定位。

对1984年以来在CERN工作的老员工,现任总部设在日内瓦的ADAM公司董事会副总的Domenico Campi来说,最主要的障碍是质子疗法的治疗费用过高。Campi说,“如果技术上没有真正的突破,而费用又如此高昂,质子疗法是不能代替传统X光放射疗法的”。与CERN一起,这家日内瓦企业正在研发一种新的小型线性加速器,称作LINACS,Campi希望通过降低质子治疗中心的占地面积和建造费用,使质子治疗中心能够作为一个特殊单元建造在常规癌症治疗中心内。

ADAM的科学委员会主席,Ugo Amaldi也认为,在LINACS的基础上建造小型“单间”未来很有发展前景。他认为,碳离子未来会发挥更加重要的作用,特别是对放疗不耐受肿瘤的治疗,与质子相比,碳离子更具潜在优势。目前放疗不耐受肿瘤占所有固体肿瘤的10%,这些肿瘤无法依靠X光或质子治疗得到控制。

Amaldi说服意大利政府在意大利北部Pavia建造了一个碳离子治疗中心。中心于2011年开始接收病人。

对Schlegel来说,激光技术可能会大大降低强子疗法的所需空间和费用。他说,两个德国研究所,一个在德累斯顿,另一个在慕尼黑,都已开始研究短脉冲、高能量的“桌面”激光。Schlegel说,“现在两家机构还不能生成所需的能量水平,但再过5-10年,他们也许就可以了”。

虽然还处于相对早期,但强子疗法的未来也许是光明的。开展更多研究的跨境合作已经开始。在CERN的基础上,在2002 年成立了ENLIGHT组织,其目的正是协调欧洲在强子疗法领域的研究工作。这个组织已经聚集了来自20个欧洲国家的300多位临床专家、物理学家、生物学家和工程师。

CERN希望开发强子疗法的愿望表明,一个看似与健康毫不相关的领域可能会带来巨大的潜在公共卫生利益。

当然,对于一个患无法手术的肿瘤的孩子的母亲而言,花10年来等待一项新技术是一段漫长的时间。对于Alison Ainsworth来说,她需要的是现在的解决方案。最终她选择了质子疗法。她被介绍到英国国民健康服务的国家专科服务定制团队(NSCT),这个团队为被诊断为适合这一疗法的病人提供有限的海外转诊机会。目前英国不提供质子治疗,但计划于2017年开设两家中心。NSCT同意支付Izaark在美国俄克拉荷马州Procure治疗中心的费用,包括旅费和住宿费。此次治疗历时两个月。 “那里的医生太棒了。” Alison说。事实是,虽然还有缺陷,但对于Izaak这样的病人来说,没有其他疗法可以替代质子疗法。正如Smith所说的那样,“这些是现有的技术,早用还是晚用是你自己的责任”。

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