04 Mayo 2023
Un cambio de paradigma en la radioterapia podría revolucionar la lucha contra el cáncer como la conocemos, gracias a ciertos avances en el ámbito de la física y la ingeniería. El cambio se fundamenta en el denominado “efecto flash”, descrito por primera vez a fines de la década de los 50, y que se caracteriza por la aplicación de la dosis de radiación total en menos de 1 segundo, con los mismo efectos sobre los tumores que la radioterapia convencional pero sin afectar los tejidos sanos que rodean al tumor.
Hasta hoy los pacientes con cáncer deben acudir diariamente, y en muchos casos durante 5 a 7 semanas, a centros de radioterapia para recibir sesiones de unos 15 minutos, durante los cuales varios haces de rayos X entregan de forma consecutiva la dosis de radiación prescrita. Haga la cuenta y verá que el paciente realizará entre unos 25 a 40 viajes a la clínica y deberá permanecer acostado unas 10 horas en total en la camilla de tratamiento.
La radioresistencia
Este esquema de tratamiento fraccionado para combatir el cáncer con radiaciones, el más utilizado en la actualidad, fue establecido a comienzos del siglo XX. La razón es que, en sus inicios, la producción del haz de fotones de alta energía en los tubos de rayos-X, a partir de un haz de electrones acelerados hasta alcanzar una energía cercana a la de la luz, era muy ineficiente. Gran parte de la energía de dichos electrones acelerados no se transformaba en fotones sino en calor que terminaba afectando el funcionamiento del equipo. Los tratamientos comenzaron entonces a entregarse en sesiones diarias.
Con el trascurrir del tiempo, se observó que dicho fraccionamiento no sólo permitía destruir el tumor, sino que reducía la toxicidad tardía del tejido sano circundante. De esta forma anecdótica es que se descubrió la ventaja del fraccionamiento, el cual sigue siendo la base de la radioterapia actual, aunque el porqué de dicha respuesta era por entonces un misterio.
Hubo que esperar unos 70 años hasta que la radiobiología pudo desentrañar el fenómeno. Entre ellos está la posibilidad de la re-oxigenación tumoral. Quiero detenerme aquí para explicar el fenómeno imaginando un tumor como una cebolla con varias capas y sabiendo que la presencia de oxígeno en los tejidos favorece el daño por radiación (los vuelve radiosensibles) y viceversa.
Así, en la primera sesión de tratamiento, sólo la capa más externa del tumor, oxigenada gracias a que posee acceso directo a la red vascular, desaparecerá dejando la segunda capa expuesta a la red vascular. En la segunda fracción, esta nueva capa externa que ha aumentado su radiosensibilidad gracias a la mayor disponibilidad oxígeno, se destruye y así sucesivamente. Es decir, la radiación va achicando el tumor “por capas”.
Este modelo simple puede ayudar a entender también una de las principales causas de fallo de la radioterapia: la radioresistencia del centro de algunos tumores por su falta de acceso al oxígeno. Pareciera que es solo cuestión entonces de añadir más sesiones de radiación, pero la necesidad de no dañar el tejido sano que rodea nos lo impide.
Lo nuevos hallazgos
En 1959 los físicos británicos Dewey y Boag publicaron en la prestigiosa revista Nature que la supervivencia de bacterias irradiadas a dosis letales era muy superior a la esperada cuando esa misma dosis se entregaba de forma pulsada en una millonésima parte del tiempo. En concreto, se comportaban como si hubieran sido irradiadas en ausencia total de oxígeno (recordar que la falta de oxígeno induce radioresistencia).
Fue la primera vez que se describió el efecto radioprotector de la radiación pulsada de altísima intensidad. En vez de extender los tiempos de tratamiento por semanas, podría lograrse la misma (o incluso mayor) radioprotección del tejido sano usando radiación pulsada de altísima intensidad en tiempos inferiores a un segundo sin afectar la destrucción del tumor. Este efecto recibe el nombre de efecto Flash.
En el 2019 investigadores suizos reportaron el éxito del primer paciente tratado con radioterapia Flash y en el 2022 se publicaron resultados promisorios del primer ensayo clínico considerando 10 pacientes. Estos resultados desafían las bases mismas de la radioterapia como ha sido concebida hasta ahora pero, al igual que en el pasado, los mecanismos involucrados son aún desconocidos y no necesariamente la reducción del oxígeno es la única causa. ¿Porqué la dosis entregada en un instante sólo afecta al tumor y no a los tejidos sanos?
Se necesita hacer extensivo el acceso a haces de radiación tipo flash para la experimentación in vitro y pre-clínica, pero tanto el diseño y construcción de equipos para radioterapia flash como la caracterización dosimétrica de dichos haces representan en la actualidad un desafío gigante para la ingeniería y la física médica.
Hasta ahora, los equipos clínicos o preclínicos existentes en el mundo, además de ser muy costosos, se cuentan con los dedos de una mano, pero técnicas de generación de haces pulsados empleados en otras disciplinas de la física, pueden brindar una solución más asequible. Una vez más, sólo el esfuerzo conjunto de las distintas disciplinas científicas permitirá el desarrollo de ensayos clínicos que prueben los beneficios mostrados hasta ahora, permitiendo la posibilidad de curar un cáncer en menos de un segundo.
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Beatriz Sánchez
Doctora en Ciencias Físicas del programa de Física Médica de la Universidad de Sevilla, España. Se desempeñó por 6 años como investigador posdoctoral en el Institute of Cancer Research del Reino Unido. Actualmente es académica del Instituto de Física UC, a donde llegó con la tarea de crear el programa de Magíster de Física Médica, programa que lideró durante sus primeros 6 años de andadura. Su área de interés se centra en la física médica. Particularmente en el desarrollo de modelos matemáticos que describen la respuesta de materia viva a las radiaciones ionizantes con el objetivo de personalizar los tratamientos de radioterapia. La columna de ciencia es coordinada por el proyecto Ciencia 2030 UC.
