Protonen zichtbaar gemaakt voor betere behandeling

Over twee jaar moet de eerste patiënt worden behandeld in het nieuwe centrum voor protonentherapie van het UMCG. Onderzoekers van de RUG hebben een ‘Demonstrator grant’ van technologiestichting STW gekregen om een apparaat te bouwen waarmee het behandelplan sneller is te controleren, drie keer sneller dan nu mogelijk is.

Protonentherapie is een relatief nieuwe vorm van bestraling, waarbij kankerpatiënten bestraald worden met protonen in plaats van de gebruikelijke fotonen. Het voordeel is dat protonen bij bestraling de meeste energie afgeven aan het eind van hun baan door het lichaam. Hierdoor is deze behandeling voor een specifieke groep patiënten een betere keus dan de standaard bestraling.

Waar de protonenstralen hun energie afgeven is nauwkeurig af te stellen, zodat het medische team een op de patiënt toegesneden behandelplan kan maken, zodanig dat de tumor de hoogste dosis krijgt terwijl het omringende gezonde weefsel zoveel mogelijk gespaard blijft. ‘Maar dit voordeel van protonentherapie heeft wel een keerzijde’, vertelt natuurkundige Marc-Jan van Goethem, die werkt voor de afdeling Radiotherapie van het UMCG.

Precisie is van groot belang voor het resultaat van de behandeling. Wanneer het behandelplan niet helemaal juist is, zou een deel van de tumor te weinig straling kunnen krijgen en niet helemaal vernietigd worden, terwijl gezond weefsel wel schade oploopt. Daarom is het belangrijk ieder behandelplan te verifiëren voordat het wordt toegepast bij de patiënt.

‘Dat verifiëren gebeurt in water, aangezien de mens voor tweederde uit water bestaat is dat het standaard medium om stralingsdoses bij radiotherapie in te meten’, zegt RUG-onderzoeker Oksana Kavatsyuk. Zij toont een afbeelding van wat op dit moment het meest geavanceerde instrument voor verificatie is: een raster dat in een bak water hangt. ‘De cellen van het raster meten de dosis protonen op een groot aantal posities, waardoor je een tweedimensionaal beeld krijgt van de straling op één specifieke diepte. Je moet de meting vervolgens tussen de 5 en 20 keer herhalen op verschillende diepten om een 3D beeld te krijgen.’ Dit kost nogal wat tijd, het duurt ongeveer drie kwartier om een compleet behandelplan door te meten. En iedere dag moeten er gemiddeld twee plannen worden geverifieerd in de behandelkamer, wat een behoorlijk hap neemt uit de beschikbare tijd voor behandelingen.

In het KVI-Centre for Advanced Radiation Technology, de versnellerfaciliteit van de RUG hebben Sytze Brandenburg, Oksana Kavatsyuk en Marc van Goethem een idee bedacht om de verificatietesten sneller uit te voeren. ‘Wanneer protonen hun energie aan water afgeven veroorzaakt dit een zwak ultraviolet licht’, zegt Van Goethem. ‘Dat licht kunnen we zien met behulp van UV-camera’s. Door het UV licht van verschillende kanten te meten is het mogelijk een 3D beeld te krijgen van de verdeling van de dosis. En dat kunnen we dan vergelijken met het behandelplan.’

Bovendien hebben de onderzoekers een verbinding gevonden die het zwakke UV licht versterkt. Dit heeft wel een nadeel, omdat hierdoor de gemeten hoeveelheid licht niet meer direct een maat is voor de stralingsdosis, zodat extra correcties nodig zijn.

‘Maar wij zijn er van overtuigd dat we de tijd die nodig is om het behandelplan te verifiëren met een factor drie kunnen terugbrengen’, zegt Kavatsyuk. Van Goethem vult aan: ‘Volgens onze schattingen levert dat een half uur per behandelkamer per dag op, wat extra tijd is voor bestraling van patiënten.’

De onderzoekers hebben inmiddels een patentaanvraag ingediend. ‘Dat geeft ons tijd om de techniek verder te ontwikkelen’, legt Van Goethem uit. De groep heeft bovendien een ‘Demonstrator Grant’ van €150.000 ontvangen van technologiestichting STW, om een prototype te bouwen. ‘We zijn net met dit project begonnen. De nieuwe UV camera is zojuist aangekomen.’ Zodra zij de nieuwe methode hebben gevalideerd kan een industriële partner er een instrument van maken voor gebruik in faciliteiten voor protonentherapie.

Van Goethem: ‘We hebben ongeveer een jaar om resultaten te krijgen, willen we op tijd zijn voor de eerste patiënten.’ Het is daarbij een groot voordeel om te werken binnen KVI-Cart, een faciliteit met jaren ervaring in onderzoek naar protonentherapie. ‘Veel onderzoek naar deze behandelvorm vindt plaats in klinische faciliteiten, waar de patiënten altijd voor gaan. Dat wij hier de beschikking hebben over een protonenversneller die alleen voor onderzoek is bedoeld betekent dat wij veel sneller kunnen werken.’