Raport specjalny

Metody leczenia raka

Wszystkie artykuły
Leczenie raka ultradźwiękami

Leczenie raka ultradźwiękami

Operacja mózgu bez otwierania czaszki? Bez znieczulenia? Bez hospitalizacji? To brzmi zupełnie fantastycznie, a jednak jest już rzeczywistością. Takie możliwości daje nowa metoda chirurgii, wykorzystująca skupioną wiązkę fal ultradźwiękowych o dużym natężeniu (ang. highintensity focused ultrasound, HIFU).

Ultradźwięki to drgania mechaniczne, tworzące fale dźwiękowe o częstotliwościach powyżej progu ludzkiej słyszalności (20 kHz). Zakres częstotliwości ultradźwiękowych jest bardzo szeroki, podobnie jak zakres ich zastosowań praktycznych, poczynając od sonarów, lokalizujących obiekty w głębinach mórz, poprzez zgrzewanie tworzyw sztucznych, aż po oczyszczanie powierzchni przedmiotów lub skażonej bakteryjnie wody. Niemal każdy z nas zetknął się też z wykorzystującym ultradźwięki badaniem ultrasonograficznym (USG), stanowiącym jedno z podstawowych narzędzi diagnostyki medycznej.

Fale ultradźwiękowe rozchodzą się w tkankach żywych, nie wyrządzając im żadnej szkody. Gdy jednak fale o wysokiej energii zostaną zogniskowane w jednym punkcie, wytworzą w tym miejscu temperaturę tak wysoką, że spowoduje ona śmierć komórek. W analogiczny sposób, skupiając promienie świetlne za pomocą szkła powiększającego, możemy wypalić otwór w papierze lub suchym liściu. Wypalając komórki w punkcie ogniskowym, wiązka ultradźwięków nie narusza tkanek leżących wokół niego lub pomiędzy nim a źródłem fal. Daje to ogromne możliwości nieinwazyjnego, a przy tym wyjątkowo precyzyjnego, niszczenia chorych komórek, np. nowotworowych, we wnętrzu organizmu, bez rozcinania skóry i tkanek czy choćby wkłucia igły.

Koncepcja zastosowania skupionej wiązki fal ultradźwiękowych o dużym natężeniu jako nieinwazyjnej terapii eliminującej chore tkanki liczy sobie już ponad 70 lat. W roku 1942 John Lynn i jego koledzy z Uniwersytetu Columbia w Nowym Jorku udowodnili w eksperymentach na zwierzętach, że technika HIFU może niszczyć pewne obszary tkanek, nie uszkadzając tkanek leżących wokół nich i ponad nimi. Dopiero jednak w latach 90. XX wieku skonstruowano pierwsze urządzenia do emisji skupionej wiązki fal ultradźwiękowych o dużym natężeniu, sterowane techniką USG lub rezonansu magnetycznego¹.

Różnica częstotliwości fal ultradźwiękowych między badaniem USG a metodą HIFU

W typowym badaniu USG stosuje się fale ultradźwiękowe o częstotliwościach w zakresie od 2 do 18 MHz. W metodzie HIFU częstotliwości fal mieszczą się w granicach 0,8-3,5 MHz. Wyższe częstotliwości umożliwiają uzyskanie większej rozdzielczości, niezbędnej w diagnostyce, niższe natomiast w mniejszym stopniu ulegają rozproszeniu lub absorpcji podczas przechodzenia przez tkanki, zachowując wysoką energię, co ma decydujące znaczenie dla skuteczności metody HIFU. Z tego samego powodu amplituda fal w technice HIFU musi przewyższać tę ze zwykłego badania ultrasonograficznego o wiele rzędów wielkości.

Skupiona wiązka fal ultradźwiękowych o dużym natężeniu oddziałuje na komórki w dwojaki sposób. Przede wszystkim, podnosząc miejscowo temperaturę nawet powyżej 80°C, powoduje w ciągu kilku sekund ich śmierć termiczną (termoablację). Różnica temperatur pomiędzy ogniskiem a otaczającymi go tkankami jest bardzo duża, a więc i granica pomiędzy zniszczoną chorą tkanką a tkanką zdrową jest bardzo wyraźna i precyzyjna.

Drugi efekt działania skupionej wiązki fal ultradźwiękowych o dużym natężeniu to tzw. kawitacja, czyli mechaniczne uszkadzanie komórek przez pękające pęcherzyki, wytworzone w ich wnętrzu pod wpływem drgań falowych. Ten efekt jest znacznie mniej przewidywalny, niż wypalanie komórek, potęguje on jednak skutki działania samej temperatury.

Pojedynczy impuls fal powoduje wypalenie w tkance obszaru o wielkości zbliżonej do ziarnka ryżu, a przesuwając ognisko fal, chirurdzy mogą szybko i z dużą precyzją usuwać całe guzy nowotworowe. Przy okazji odcinają również naczynia krwionośne, zaopatrujące guz w substancje odżywcze i tlen. Metoda ta stosowana jest już z powodzeniem w leczeniu nowotworów wątroby, nerek, trzustki, a przede  wszystkim - prostaty.

Technika HIFU może niszczyć pewne obszary tkanek, nie uszkadzając tkanek leżących wokół nich i ponad nimi.

W konwencjonalnym leczeniu guzów prostaty usuwa się cały gruczoł, co może powodować uszkodzenie nerwów i mięśni kontrolujących trzymanie moczu. W rezultacie, 70% pacjentów traci zdolność erekcji, a około 15% - ma problemy z utrzymywaniem moczu². Również radioterapia może uszkadzać nerwy w otoczeniu prostaty, nie można jej też powtarzać w razie nawrotu guza ze względu na zbyt duże ryzyko  popromiennego uszkodzenia DNA.

Rezultaty stosowania metody HIFU są za to bardzo obiecujące. Badanie przeprowadzone w roku 2012 na grupie około 40 mężczyzn leczonych tą metodą wykazało, iż 90% z nich zachowało po zabiegu zdolność erekcji, a żaden z badanych nie miał zaburzeń trzymania moczu. Rok później, u 95% badanych nadal nie stwierdzono śladów choroby³.

Wyjątkowo krótki jest czas powrotu do zdrowia po zabiegu. Zdarza się, że pacjenci jeszcze tego samego dnia wybierają się na zakupy, a jeden z nich stwierdził, że cięższym przeżyciem było dla niego wypełnienie zęba u dentysty.

Zabieg odbywa się w znieczuleniu ogólnym lub zewnątrzoponowym. Przed jego rozpoczęciem do pęcherza moczowego pacjenta wprowadza się cewnik, który umożliwi oddawanie moczu pomimo obrzęku powstającego po zabiegu. Do odbytnicy pacjenta wprowadza się głowicę ultradźwiękową. Najpierw dostarcza ona zdjęć gruczołu krokowego, na podstawie których określa się strefy działania, a uzyskane dane wprowadza się do komputera.

Wykorzystanie fal ultradźwiękowych (HIFU) przy usuwaniu guza mózgu

Podczas właściwego zabiegu głowica emituje w regularnych odstępach czasu skupioną wiązkę fal ultradźwiękowych o dużym natężeniu, skierowaną na wcześniej oznaczone obszary. Każdy z impulsów podgrzewa tkankę przez 3 sekundy, a pomiędzy nimi następuje kilkusekundowa przerwa. Cały zabieg trwa od 1 do 3 godzin.

Wprawdzie ruchem głowicy steruje komputer, to jednak operator nie pozostaje bezczynny. Przez cały czas kontroluje postęp zabiegu na skanach pozyskiwanych na bieżąco, korygując np. zmiany położenia głowicy spowodowane pojawiającym się obrzękiem. Kontroluje również temperaturę tkanek, zapobiegając ewentualnemu przegrzaniu.

Obrzęk utrzymuje się jeszcze przez pewien czas po zabiegu, pacjent musi więc pogodzić się z koniecznością utrzymania cewnika przez tydzień lub dwa. Żaden zabieg chirurgiczny nie jest pozbawiony skutków ubocznych. Opisywana metoda powoduje ich jednak stosunkowo niewiele4.

Jak wynika z powyższego opisu, zasadnicze znaczenie dla powodzenia zabiegu ma właściwe sterowanie wiązką fal i monitorowanie postępu zabiegu. Do tego celu wykorzystuje się dwie techniki - rezonans magnetyczny lub USG. Rezonans magnetyczny oferuje lepszą jakość obrazu, a przede wszystkim - możliwość miejscowego pomiaru temperatury, dzięki czemu informuje dokładnie o efektach działania wiązki fal. Technika USG daje natomiast dokładniejszą korelację wiązki HIFU z obrazem kontrolnym, gdyż obie głowice - zabiegowa i diagnostyczna - są ze sobą sprzężone. Ma to również tę zaletę, że umożliwia znalezienie tzw. okien akustycznych, w których fale ultradźwiękowe nie napotykają przeszkód w postaci kości lub obszarów wypełnionych gazem5.

Metoda HIFU ma bowiem, obok niezwykle obiecujących perspektyw rozwoju, także pewne ograniczenia. Jednym z nich jest właśnie niezdolność do przenikania przez narządy wypełnione powietrzem lub gazem. W takich przypadkach fale ultradźwiękowe mogą nawet ulec odbiciu, uszkadzając tkanki leżące ponad zamierzonym polem ich działania. Z tego względu metoda ta prawdopodobnie nigdy nie znajdzie zastosowania w usuwaniu guzów płuc, z wyjątkiem położonych bezpośrednio na powierzchni organu.

Innym niedostatkiem tej techniki jest brak możliwości pobierania wycinków chorej tkanki do badań diagnostycznych, biopsja musi więc być wykonana w trakcie osobnego wcześniejszego zabiegu. HIFU nie jest skuteczna także w leczeniu raka kości, gdyż tkanka kostna zbyt mocno pochłania fale ultradźwiękowe, uniemożliwiając im dotarcie do głębszych warstw.

Podczas stosowania metody HIFU do odbytnicy pacjenta wprowadza się głowicę ultradźwiękową

Onkologia to bardzo szerokie, lecz nie jedyne pole zastosowań skupionej wiązki fal ultradźwiękowych o dużym natężeniu. Jej użycie otwiera niezwykłe możliwości nieinwazyjnego leczenia schorzeń neurologicznych. Przykładem może być drżenie samoistne - nieuleczalna choroba, przejawiająca się niekontrolowanym drżeniem ramion i rąk. Nie zagraża ona wprawdzie życiu, lecz utrudnia lub wręcz uniemożliwia wykonywanie nawet najprostszych codziennych czynności, takich jak pisanie, jedzenie lub picie napojów ze szklanki.

W roku 2011 u 15 pacjentów dotkniętych tym schorzeniem  wykonano zabieg zniszczenia części wzgórza, blokując w ten sposób część nieprawidłowych sygnałów nerwowych, które były dotychczas przekazywane do mięśni, powodując ich drżenie6. Podczas zabiegu pacjenta układano w skanerze rezonansu magnetycznego, a na głowę zakładano mu rodzaj "czapki" z wbudowanymi licznymi przetwornikami ultradźwiękowymi. Emisja fal z każdego przetwornika odpowiadała ściśle wcześniejszym szczegółowym pomiarom grubości kości czaszki w danym punkcie, co zapewniało precyzyjne ich zogniskowanie.

Cały zabieg trwał niespełna 2 godziny. Pacjentom nie podawano znieczulenia, przez cały czas pozostawali w pełni świadomi i współpracowali z operatorem, sprawdzając na bieżąco rezultaty zabiegu poprzez np. rysowanie zadanych figur na papierze. Nazajutrz mogli już opuścić szpital.

Metoda ultradźwiękowa nie wymaga otwierania czaszki ani nawet nacinania skóry, stosowania inwazyjnych elektrod czy wiercenia otworów w kościach. Nie wymaga odsuwania zdrowych tkanek mózgu, by uzyskać dostęp do chorego miejsca, nie pociąga za sobą ryzyka krwotoku lub infekcji, nie stosuje promieniowania jonizującego, które uniemożliwiałoby jej powtarzanie. Nic więc dziwnego, że trwają intensywne badania nad dalszymi możliwościami stosowania jej w neurologii, m.in. do usuwania guzów mózgu lub skrzepów krwi po krwotocznym udarze mózgu, a także - co ciekawe - do celowanego podawania leków.

W tej ostatniej dziedzinie technika ultradźwiękowa może otworzyć drogę dla rozwiązań całkowicie nieosiągalnych przy użyciu metod konwencjonalnych. Jedną z takich możliwości mogłoby być opracowanie leków, które - wstrzyknięte w formie pasywnej - aktywowane byłyby dopiero wysoką temperaturą, wytwarzaną przez wiązkę HIFU w pobliżu guza, czyli tam, gdzie ich działanie powinno być najsilniejsze, przy jednoczesnym uniknięciu działań niepożądanych w pozostałych obszarach organizmu.

Inna koncepcja celowanego podawania leków wykorzystuje wypełnione gazem mikropęcherzyki lipidowe lub białkowe, które pod wpływem fal ultradźwiękowych o odpowiedniej częstotliwości i dużym natężeniu zaczynają naprzemiennie rozszerzać się i kurczyć, aż w końcu gwałtownie pękają, wytwarzając falę uderzeniową. Jak wykazały badania na zwierzętach, pęcherzyków takich można użyć do tymczasowego przebicia bariery krew-mózg, oddzielającej układ krwionośny od tkanki nerwowej mózgu i utrudniającej docieranie do mózgu leków, np. podczas chemioterapii.

W niektórych dziedzinach medycyny technika ultradźwiękowa może otworzyć drogę dla rozwiązań całkowicie nieosiągalnych przy użyciu metod konwencjonalnych

Trwałe przebicie tej bariery zwiększa zagrożenie infekcjami, dzięki mikropęcherzykom można jednak otworzyć ją tylko na kilka godzin - czas wystarczający na podanie leku. Mikropęcherzyki mogłyby również dostarczać leki do innych organów, być może nawet do trudno dostępnych zmian nowotworowych w kościach.

Bardzo spektakularnym przykładem zastosowania nowej technologii był przeprowadzony w 2013 roku pierwszy udany nieinwazyjny zabieg metodą HIFU ratowania płodu znajdującego się jeszcze w łonie matki, a dotkniętego zespołem odwróconej perfuzji tętniczej7. Zespół ten to rzadka anomalia rozwojowa, polegająca na rozwoju dwóch płodów, z których jeden, pozbawiony wykształconego mięśnia sercowego, uzależniony jest od przepływu krwi pompowanej przez serce bliźniaka. W rezultacie serce zdrowego płodu musi zmagać się z nadmiernym obciążeniem, co może skończyć się śmiercią dziecka. W opisywanym przypadku chirurgom udało się za pomocą skupionej wiązki fal ultradźwiękowych o dużym natężeniu  oddzielić nieprawidłowo rozwijający się płód, ratując w ten sposób życie drugiego z bliźniaków, który urodził się później zdrowy.

Warto wspomnieć również o zastosowaniu techniki HIFU w chirurgii kosmetycznej do usuwania tkanki tłuszczowej. Komórki tłuszczowe niszczone są zarówno wysoką temperaturą, jak i wspomnianym wcześniej efektem kawitacji, czyli rozrywania mechanicznego. Ich martwe szczątki przyciągają makrofagi i inne komórki biorące udział w procesach gojenia, a po kilku lub kilkunastu tygodniach pacjent może cieszyć się ostatecznym efektem zabiegu. Jak stwierdzono, po jednej sesji, trwającej 45-60 minut, uzyskać można średnie zmniejszenie obwodu w talii o 4,7 cm, choć na efekt ten trzeba poczekać około 3 miesięcy. Zabieg ten nie wymaga znieczulenia ogólnego, nie pozostawia blizn, umożliwia pacjentowi szybszy powrót do normalnego życia i niesie ze sobą mniejsze ryzyko poważnych powikłań niż tradycyjna liposukcja8.

Komputerowa animacja działania HIFU (aparatu emitującego fale ultradźwiękowe o dużym natężeniu)

Technologia skupionej wiązki fal ultradźwiękowych o dużym natężeniu kryje w sobie wiele - być może jeszcze nawet nieodkrytych - możliwości. Prowadzi się badania nad jej zastosowaniem do zamykania uszkodzonych naczyń krwionośnych, co pozwoliłoby opanowywać krwawienia, np. okołoporodowe krwotoki z macicy, które obecnie nierzadko zmuszają lekarzy do całkowitego usunięcia tego narządu. Inne badania wykazują z kolei, że zniszczone w procesie termoablacji tkanki guza nowotworowego mogą przyczyniać się do aktywacji specyficznej odpowiedzi układu odpornościowego pacjenta, dając mu w ten sposób nowe szanse zwalczenia choroby¹. Jak stwierdzają sami lekarze: "Możliwości tej techniki są tak rozległe, że największym ograniczeniem do jej stosowania jest ludzka wyobraźnia".

Bibliografia

  1. Feng Wu, High Intensity Focused Ultrasound (HIFU) Ablation w: Tumor Ablation: Effects on Systemic and Local Anti-Tumor Immunity and on Other Tumor- Microenvironment Interactions, Yona Keisari (ed.), Springer, 2013
  2. Helen Thomson, Surgery’s New Sound, New Scientist, styczeń 2014.
  3. Focal therapy for localised unifocal and multifocal prostate cancer: a prospective development study, Lancet Oncology, t. 13, str. 622, 2012
  4. High intensity focused ultrasound (HIFU); informacja dla pacjentów, Prostate Cancer UK, lipiec 2013.
  5. Theodore J. Dubinsky i wsp., High-Intensity Focused Ultrasound: Current Potential and Oncologic Applications, American Journal of Roentgenology, styczeń 2008.
  6. W. Jeffrey Elias i wsp., A Pilot Study of Focused Ultrasound Thalamotomy for Essential Tremor, The New England Journal of Medicine, sierpień 2013
  7. T. Okai i wsp., First successful case of non-invasive in-utero treatment of twin reversed arterial perfusion sequence by high-intensity focused ultrasound, Ultrasound in Obstetrics and Gynecology, czerwiec 2013.
  8. Gerhard Sattler, Body Sculpting Techniques: Noninvasive High-Intensity-Focused Ultrasound Innovation in Fat Removal, Journal of Clinical Dermatology, 2010.

Pozostałe artykuły

Chemioterapia albo więzienie

Chemioterapia albo więzienie

Lekarze opowiadający się za alternatywnymi metodami leczenia raka muszą liczyć się z groźbą aresztowania. Choć brzmi to jak wyimek z powieści fantastycznej, historia ta wydarzyła się naprawdę.

Witamina C niszczy raka

Witamina C niszczy raka

20 lat temu Linus Pauling (dwukrotny laureat Nagrody Nobla) stwierdził, że wysokie dawki witaminy C mogą być zdolne do zabijania komórek rakowych. Naukowcy dowiedli, że miał rację.

Bakteriami w komórki rakowe

Bakteriami w komórki rakowe

W roku 1891 młody chirurg, William Coley, właśnie rozpoczynał karierę w nowojorskim szpitalu. Jego pierwszą pacjentką była 17-letnia dziewczyna. Coley musiał amputować jej dłoń z powodu rozwijającego się nowotworu. Niestety, mimo to pojawiły się przerzuty i dwa miesiące później pacjentka zmarła. Dręczony poczuciem bezradności Coley zagłębił się w szpitalne historie wcześniejszych przypadków raka w nadziei odkrycia skutecznej terapii.

Chemioterapia, radioterapia. Konwencjonalne terapie przeciwnowotworowe

Chemioterapia, radioterapia. Konwencjonalne terapie przeciwnowotworowe

O ograniczeniach konwencjonalnych metod leczenia nowotworów i nieprzychylnym traktowaniu badań nad terapiami alternatywnymi mówi się wciąż bardzo mało. W Wielkiej Brytanii taka dyskusja rozgorzała niedawno za sprawą chorego na raka 7-latka.

Terapia Gersona, hipertermia, antyneoplastony. Leczenie raka - terapie alternatywne

Terapia Gersona, hipertermia, antyneoplastony. Leczenie raka - terapie alternatywne

Dowodów na działanie terapii alternatywnych, m.in. terapii Gersona oraz hipertermii jest więcej niż twierdzą ich przeciwnicy, choć mogą być dostarczane w sposób niespełniający rygorystycznych standardów, jakie stawia się badaniom klinicznym. Co ciekawe nie był jednak nigdy przedmiotem troski krytyków terapii alternatywnych fakt, że wyniki badań nad leczeniem konwencjonalnym są powszechnie manipulowane.

Pozostałe raporty

Zobacz też: