Jony węgla w radioterapii : szanse i wyzwania

• Autorzy: Kubiak Tomasz

Identyfikatory

DOI

10.61947/uw.PF.2025.76.1.13-19

Warianty tytułu

EN

Carbon ions in radiotherapy : opportunities and challenges

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Radioterapia wykorzystująca jony węgla to jeden z najciekawszych przykładów zastosowania osiągnięć współczesnej fizyki w medycynie, a zatem w służbie człowiekowi. W przypadku leczenia nowotworów przewaga wiązek 12 C6+ nad innymi rodzajami promieniowania wynika m.in. z bardzo korzystnego rozkładu dawki w zależności od głębokości napromienianej tkanki, z wyraźnym maksimum w obszarze piku Bragga przy końcu zasięgu jonów, a także z wysokich wartości liniowego przekazu energii oraz współczynnika szkodliwości biologicznej. Stwarza to szanse na skuteczne zwalczanie nawet opornych na napromienianie i cechujących się hipoksją nowotworów położonych w pobliżu narządów krytycznych. Techniczne aspekty terapii obejmują takie zagadnienia jak: wytwarzanie jonów węgla oraz przyspieszanie ich do odpowiednich energii, także wybór systemu formowania wiązki i napromieniania pacjenta. Wyzwaniem wciąż pozostaje opracowanie optymalnej metody leczenia ruchomych nowotworów, zlokalizowanych w obrębie klatki piersiowej i jamy brzusznej.

EN

Carbon ion radiotherapy is one of the most interesting examples of the application of the achievements of modern physics in medicine and thus in the service of humanity. In the case of cancer treatment, the advantage of 12 C6+ beams over other types of radiation results from a very favorable depth-dose distribution with a distinct maximum in the Bragg peak region at the end of the ion range, as well as from high values of linear energy transfer and relative biological effectiveness. This creates the opportunity to effectively fight against even radioresistant and hypoxic tumors located near critical organs. The technical aspects of the therapy include such issues as the generation of carbon ions and their acceleration to appropriate energies as well as the selection of the beam forming and patient irradiation system. The development of the optimal method of carbon ion treatment for moving tumors located in the thoracic and abdominal region still presents a challenge.

Słowa kluczowe

PL

radioterapia jonami węgla; systemy dostarczania wiązki; efekt radiobiologiczny; monitorowanie ruchu guza; napromienianie ruchomych celów; terapia hadronowa

EN

carbon ion radiotherapy; beam delivery systems; radiobiological effects of ions; tumor motion monitoring; moving target irradiation; hadron therapy

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Fizyczne
• Czasopismo: Postępy Fizyki
• Rocznik: 2025
• Tom: T. 76, z. 1
• Strony: 13--20
• Opis fizyczny: Bibliogr. 25 poz., rys.

Twórcy

autor

Kubiak Tomasz

• Zakład Fizyki Materiałów Funkcjonalnych, Wydział Fizyki i Astronomii, Uniwersytet im. Adama Mickiewicza w Poznaniu
• Akademia Nauk Stosowanych im. H. Cegielskiego w Gnieźnie, Uczelnia Państwowa

• https://orcid.org/0000-0002-6991-6127

Bibliografia

• [1] Ślosarek K. Akceleratory terapeutyczne stosowane w radioterapii, Inżynier i Fizyk Medyczny 3(2), 103-109, (2014).
• [2] Kubiak T., Od konwencjonalnej radioterapii fotonowej do terapii hadronowej, czyli fizyka w leczeniu nowotworów, Fizyka w Szkole z Astronomią 6, 4-7, (2015).
• [3] Kubiak T., „Teleradioterapia z wykorzystaniem jonów węgla przełomem w leczeniu nowotworów”, w: Biomeditech Badania i Innowacje. Zeszyty naukowe, red. M. Czubenko, T. Merta, Gdańsk 2011, s. 119-125.
• [4] Schardt D., Elsässer T., Schulz-Ertner D., Heavy-ion tumor therapy: Physical and radiobiological benefits, Reviews of Modern Physics 82, 383-425 (2010).
• [5] Fano U., Penetration of protons alpha particles and mesons, Annual Review of Nuclear and Particle Science 13, 1-66 (1963).
• [6] Kubiak T., Carbon Ion Radiotherapy - Advantages, Technical Aspects and Perspectives, w: Nuclear Physics Methods and Accelerators in Biology and Medicine. Proceedings of the Sixth International Summer Student School, JINR, Dubna 2013, s. 44-45.
• [7] Parisi A., Beltran C.J., Furutani K. M., Clonogenic Survival RBE Calculations in Carbon Ion Therapy: The Importance of the Absolute Values of α and β in the Photon Dose-Response Curve and a Strategy to Mitigate Their Anticorrelation, Quantum Beam Science 7(1), 3 (2023).
• [8] Suchorska W., Radiobiologia: podstawowe modele matematyczne opisujące przeżywalność komórek, Letters in Oncology Science 15(1), 59-65, (2018).
• [9] Kukołowicz P., Dąbrowska E., 5R radioterapii, Inżynier i Fizyk Medyczny 3(4), 165-167 (2014).
• [10] Durante M., New challenges in high-energy particle radiobiology, British Journal of Radiology 87:20130626 (2014).
• [11] Chu W.T., Overview of Light-Ion Beam Therapy, 1-20, Lawrence Berkeley National Laboratory, (2006) https://escholarship.org/uc/item/3qg6p5j4.
• [12] Huart C., Chen J.W., Le Calvé B., Michiels C., Wéra A.C., Could Protons and Carbon Ions Be the Silver Bullets Against Pancreatic Cancer?, International Journal of Molecular Sciences 21(13), 4767 (2020).
• [13] Tinganelli W., Durante M., Carbon Ion Radiobiolog, Cancers 12(10), 3022 (2020).
• [14] Kubiakt T., Nanoparticles as radiosensitizers in photon and hadron radiotherapy, Acta Bio-Optica et Informatica Medica Inżynieria Biomedyczna 23(1), 29-36 (2017).
• [15] Mayerhofer M., Bencini V., Sammer M., Dollinger G., A carbon minibeam irradiation facility concept, Journal of Physics: Conference Series 2420(1), 012097, (2023).
• [16] Chaudhary P., Milluzzo G., McIlvenny A. i inni, Cellular irradiations with laser-driven carbon ions at ultra-high dose rates, Physics in Medicine & Biology 68, 025015 (2023).
• [17] Kubiak T., Beam delivery systems in hadron therapy for cancer treatment, PhD Interdisciplinary Journal, 1, 67- 73 (2014).
• [18] Haberer T., Becher W., Schardt D., Kraft G., Magnetic scanning system for heavy ion therapy, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A330, 296-305, (1993).
• [19] Owen H., Holder D., Technologies for delivery of proton and ion beams for radiotherapy, International Journal of Modern Physics A 29(14), 1441002 (2014).
• [20] Liu H.H., Balter P., Tutt T. i inni, Assessing respiration-induced tumor motion and internal target volume using four-dimensional computer tomography for radiotherapy of lung cancer. International Journal of Radiation Oncology - Biology - Physics 68, 531-40 (2007).
• [21] Saito N., Bert C., Chaudhri N. i inni, Speed and accuracy of a beam tracking system for treatment of moving targets with scanned ion beams, Physics in Medicine & Biology 54, 4849–4862 (2009).
• [22] Kubiak T., Particle therapy of moving targets-the strategies for tumour motion monitoring and moving targets irradiation, British Journal of Radiology 89(1066), 20150275 (2016).
• [23] https://www.particle.or.jp/hirtjapan/en/medical/current/world.html (dostęp 30.12.2024)
• [24] https://www.particle.or.jp/hirtjapan/en/facility/(dostęp 30.12.2024)
• [25] Maciejczyk A., Sztuder A., Proton radiotherapy should be further developed in Poland, Nowotwory. Journal of Oncology 67, 65-70 (2017).

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa nr POPUL/SP/0154/2024/02 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki II" - moduł: Popularyzacja nauki (2025).