2nd Nordic Symposium in Paediatric Proton Radiotherapy

Så var det dags för forskningsavdelningen att blogga igen. Denna gång skriver min kollega Anders Höglund som varit på ”2nd Nordic Symposium in Paediatric Proton Radiotherapy”.

Vad är då det för något? Jo, under två dagar träffades ca 100 kliniker och tekniker som på olika sätt arbetar med protonstrålning. Protonstrålning gör det möjligt att behandla cancer skonsammare än med traditionell strålning (elektroner eller fotoner).

Anders reflektioner och en hel del annat finns att läsa nedan.   Jag har under två dagar varit på ett symposium om protonstrålning i Nyborg i Danmark. Symposiet arrangerades av Aarhus universitetssjukhus och har delfinansierats av Barncancerfonden, Kræftans Bekæmpelse och Børnecancerfonden. Ett av skälen till att symposiet hölls just i Danmark är för att man där håller på att bygga ett centrum för protonterapi som ska stå klart i oktober 2018.

Genom ett anordna ett symposium kan man lära sig mycket av de som kommit längre inom samma område. Sverige är relativt långt fram inom protonterapi, i alla fall med nordiska mått. I Uppsala ligger Skandionkliniken som är Nordens första klinik för protonterapi. De första patienterna behandlades i augusti 2015 och det första barnet i september 2015. Sedan dess har totalt 9 st barn behandlats med protonstrålning. Läs gärna denna intervju med Joel Lundqvist som är ett av dessa barn och titta på denna film från Barncancerfondens YouTube-kanal. Varför man får strålbehandling och hur det fungerar kan man läsa på Barncancerfondens hemsida.  

Men tillbaka till själva symposiet. Första delen av dag 1 ägnades åt en statusuppdatering för partikelterapi i de olika nordiska länderna. En sak som blev uppenbar var vilken lång tid det tar när man ska göra någonting nytt. Från det att man hade identifierat behovet av en partikelstrålningsanläggning i Sverige tog det 12 år (!) innan den första patienten behandlades. Situationen i Danmark och Norge är ungefär densamma. I Danmark bestämde man sig för att satsa på ett center för partikelterapi 2011 och det första spadtaget togs i oktober 2015. Man hoppas att centret står klart i oktober 2018.

I Norge bestämde man sig för att bygga ett liknande center 2013 och hoppas vara klara 2022. Även om dessa ledtider är något extrema är det ofta så det ser ut inom forskning. Forskning tar tid och nyckeln till framgång är tålamod och långsiktighet. Därför är vi på Barncancerfonden så tacksamma att vi fått så många nya månadsgivare. En mindre summa under lång tid är ibland bättre än en stor summa vid ett tillfälle. Under andra delen av dag 1 diskuterades utbildning av personal. Det är en särskild utmaning inom protonterapi som är ett nytt område. Det är viktigt att man utbildar all personal, från läkare till tekniker, i den nya tekniken och inte expanderar verksamheten för snabbt även om budgetkraven och målet för antal patienter som ska behandlas kan vara höga.  

Andra dagen av symposiet var mer forskningsinriktat. Inbjudna föreläsare från USA, Tyskland och Österrike delade med sig av sina erfarenheter. I USA har man 22 centra för protonstrålning och 14 nya på gång. Man behandlar ca 800 patienter per år. Även Tyskland och Italien ligger långt fram och Sverige kunde dra nytta av deras erfarenheter när Skandionkliniken byggdes. Under dagen presenterades och diskuterades många patientfall (naturligtvis anonyma) och effekter av strålbehandling. Det är viktigt och lärorikt att forskare och kliniker delar med sig av sina erfarenheter för att utvecklingen ska gå framåt.   Men vad är då protonstrålning och vilka fördelar har den jämfört med traditionell strålning? Det korta svaret är att strålningen består av partiklar (protoner) med den största fördelen att den gör mindre skada på omogen och frisk vävnad. Därför är protonstrålning särskilt intressant för behandling av barn eftersom barn generellt tål strålning sämre än vuxna. Det medellånga svaret kan man läsa om man fortsätter nedan medan det långa svaret följer i en fördjupning på slutet.   Grunden för all strålbehandling är att man vill överföra den höga energi som finns i strålningen till kroppens vävnader. Energin skadar cellernas DNA (dvs arvsmassan). Sådana skador kan cellerna ofta reparera men tumörceller har sämre reparationsförmåga än friska celler. Därför dör de flesta av tumörcellerna medan de flesta friska celler överlever. Det är ju förstås bra men tyvärr är det inte så enkelt. Alla friska celler överlever inte och de som inte gör det kan ge upphov till sena komplikationer. Strålning är heller inte en särskilt precis behandling.

När man strålar med traditionell fotonstrålning absorberas mest energi ytligt i vävnaden och sedan avtar den absorberade dosen ju längre in i vävnaden man kommer. Om man då har en tumör som sitter långt in i kroppen kommer den högsta stråldosen ges till frisk vävnad som ligger utanför tumören. Det vill man såklart undvika för att göra så liten skada som möjligt. Det är här protonstrålning kommer in. Från protonstrålning absorberas relativt lite av strålningen ytligt och istället avges den mesta av energin i ett litet, smalt område längre in i kroppen. Genom att planera hur mycket strålning man ska ge och från vilken vinkel man ska bestråla kan man få nästan all energi i protonstrålningen att träffa tumören och bara en minimal del att träffa frisk vävnad. Det är ju ännu bättre! Tyvärr är detta inte hela sanningen heller. Det är inte alltid så att protonstrålning är bättre än den traditionella strålningen. Eftersom protonstrålning är så pass ny vet vi idag inte så mycket om sena effekter hos barn som fått protonstrålning som behandling mot hjärntumör. Det lilla man har sett är att skillnaderna inte är så stora. Varför det är så vet man dock inte. Det är också så att protonstrålning är en mer komplicerad behandling än fotonstrålning. Det gör att det är svårare att komplettera protonstrålning med t.ex. cytostatikabehandling.

Den största fördelen med protonstrålning kan också vändas till en stor nackdel. Även om man dosplanerat och förberett  protonstrålningen minutiöst kan något oförutsett inträffa. Om patienten rör på sig kommer protonstrålningen helt att missa tumören och då får man istället nästan all strålning på frisk vävnad. Det är ju inte alls bra! Barn som ska protonstrålas måste därför sövas i större utsträckning och sövning vill man helst undvika då det är en medicinsk risk.   Sammanfattningsvis kan man säga att protonstrålning är en ny behandlingsmetod som har potential att effektivt behandla cancer med mindre biverkningar än fotonstrålning. Man ska dock inte automatiskt använda protoner för all strålbehandling. Vad som är den bästa behandlingen är alltid en bedömning från fall till fall som görs av den behandlande läkaren.

  /Anders Höglund #blogg100  

Fördjupning

Vad roligt att du valt att läsa även detta och är intresserad om vad strålning verkligen är! Det som följer nedan är ganska komplicerat och jag är långt ifrån någon expert på ämnet. Som civilingenjör i botten och över medel-intresserad av kvantfysik tänker jag ändå göra ett försök. Upptäckterna inom detta område har genererat ett 10-tal nobelpris i början av 1900-talet och många anser att kvantfysik är ett av de största vetenskapliga genombrotten genom alla tider. Ribban ligger högt med andra ord! Men låt oss göra ett försök.  

Strålning är tillsammans med kirurgi och cytostatika de primära behandlingsmetoderna för cancer. Strålning har använts som cancerbehandling ända sedan slutet av 1800-talet men har naturligtvis utvecklats mycket sedan dess. All strålning är en form av energi som består av elektriska och magnetiska fält. Man brukar därför ofta säga elektromagnetisk strålning. Strålning finns överallt. Vanligt ljus är en form av elektromagnetisk strålning. En fjärrkontroll använder infraröd strålning. En mikrovågsugn använder mikrovågsstrålning. Strålning rör sig i svängande rörelser upp och ned så att det uppstår en våg, faktiskt rätt likt en våg på havet.

Strålningen karakteriseras främst av hur lång en svängning är (våglängd) och hur snabbt svängningen sker (frekvens). Detta hänger ihop med hur hög energi strålningen har. En lång våglängd ger en låg frekvens och därmed låg energi. En kort våglängd ger en hög frekvens och därmed hög energi. Därför är det t.ex. inte skadligt att utsätta sig för strålning från en fjärrkontroll eftersom den har så låg energi. När strålning träffar vävnader i kroppen avger den sin energi. Det är det man utnyttjar vid strålbehandling. Om strålningens energi är mycket hög kan den samverka med kroppens vävnader och bilda elektriskt laddade partiklar som skadar cellernas DNA.

Men hur kan en våg ha energi och kan man visualisera detta på något sätt? Jo, tänk att du är på semester vid Medelhavet. En dag kanske havet är stilla och du kan stå vid strandkanten utan någon dramatik alls. Nästa dag kanske det är fullt med vågor. Om du då ställer dig vid strandkanten och blir träffad av en våg kommer du känna energin från vågen när den träffar dig. Är det stora vågor kan de slå omkull dig. Energin från vågen överförs till din kropp. Det är samma princip med strålbehandling men vågorna i strålning har mycket högre energi än vågorna från havet.   OK, då vet vi mer om strålning men vad består den av? Det är nu det börjar bli komplicerat på riktigt. Grunden lades år 1900 då den tyska fysikern Max Planck visade att elektromagnetisk strålning bara kan sändas ut eller tas upp i ”paket” eller kvanta av strålning. I klassisk fysik från Isaac Newtons dagar på 1600-talet trodde man att energi kunde anta vilket värde som helst. Dessa ”paket” eller kvanta kom senare att kallas fotoner varför traditionell strålning heter fotonstrålning. Upptäckten byggde Albert Einstein vidare på som 1905 presenterade den fotoelektriska effekten. Den visade att strålning i form av ljus är kvantiserat vilket senare gjorde att man kom fram till att ljus ibland uppför sig som vågor och ibland som partiklar. Rörigt eller hur?

Det är det verkligen och upptäckten gav Einstein ett nobelpris (vilket han inte fick för relativitetsteorin och sin berömda formel E = mc² som man skulle kunna tro).   Elektromagnetisk strålning tar sig fram i rummet genom dess svängande rörelse. Strålning rör sig alltid med ljusets hastighet, dvs 299 792 458 m/s (det är rätt snabbt det, ungefär 7,5 varv runt jorden på 1 sekund). Ljus är alltså strålning men kan ibland uppföra sig som partiklar. Det betyder dock inte att strålning är partiklar. Strålning har ingen massa (vikt). Det har däremot en proton som är en ”riktig” partikel. En proton är en elementarpartikel som tillsammans med neutroner bygger upp kärnan i atomer. Nu börjar vi närma oss svaret på skillnaden mellan protonstrålning och traditionell strålning….

Vi hade tidigare konstaterat att ljus kan uppföra sig både som vågor och som partiklar. Det gäller även för materia, all materia! Det innebär att människor uppför sig som vågor och även bilar, kaffekoppar etc. etc. Det låter vid första ögonblicket jättemärkligt men detta blir endast relevant för mycket små objekt. 1924 visade den franske fysikern Louis de Broglie att alla partiklar i rörelse även har vågegenskaper. Våglängden beror på partikelns massa och hastighet. Ju högre massa och ju högre hastighet desto lägre våglängd. Som vi lärde oss ovan så gav en kort våglängd hög energi. Alltså, en partikel som rör sig har en vågrörelse vars energi blir större ju tyngre partikeln är och ju fortare den rör sig. En människa som rör sig har alldeles för låg hastighet för att ha en vågrörelse som ska ha någon betydelse. Så är det dock inte för en proton. En proton är alltså en partikel i rörelse som genom sin höga hastighet får vågegenskaper liknande egenskaperna hos strålning som i sin tur gör att man kan använda protoner för strålbehandling.  

Om vi spinner vidare på detta har vi alltså traditionell fotonstrålning som har en konstant hastighet och en viss våglängd. Detta gör att energin är konstant och därmed är effekten av strålbehandlingen konstant. För en proton bestämdes energin istället av partikelns massa och dess hastighet. Protonens massa är konstant men hastigheten kan man variera. Protonstrålningen som används vid cancerbehandling genereras av stora acceleratorer, s.k. cyklotroner. Accelerationen sker med magnetfält som kan varieras. Om man minskar protonernas hastighet kan man minska energin och tvärtom. Man har därmed fler möjligheter att anpassa strålbehandlingen med protoner jämfört med fotoner. Sedan kan man stråla med andra partiklar (t.ex. koljoner som är tyngre än protoner) men det är en helt annan historia.