Technologie vyvinuté pro výzkum hmoty ve velmi hustém a horkém stavu se stále více začínají uplatňovat i v medicíně. Extrémní stav hmoty, který se vyskytoval krátce po vzniku vesmíru lze připravit i v laboratoři při srážce těžkých atomových jader urychlených na vysoké energie. Urychlovače (viz. obr.1.), které se při tom používají, lze využít i pro boj s rakovinou.
Obrázek 1: Část urychlovače SIS v GSI Darmstadt (SRN). Vidět jsou magnety které vedou svazek urychlovaných jader (převzato z WWW stránek GSI Darmstadt)
Vlastností těžkých atomových jader urychlených na vysoké energie využívají lékaři ve Spojených státech amerických, Japonsku i Evropě k léčbě rakovinových nádorů. Atom se musí zbavit co největšího počtu (nejlépe všech) elektronů. Zůstává tak kladně nabité jádro (iont), které se dá pomocí urychlovače urychlit na rychlosti blízké rychlosti světla. Při pohybu hmotou ztrácí takové jádro získanou energii. Čím vyšší je rychlost urychleného jádra, tím menší část své energie ztrácí při pohybu hmotou. Může tedy procházet tkáněmi na rozdíl od chirurgického skalpelu bez velkých zásahů. Když rychlost jádra klesne pod určitou hranici, ztráty energie prudce vzrostou a jádro se rychle zastaví. V daném místě tak vyzáří většinu své energie a zničí část postižené tkáně (viz. obr. 2). Při průletu dochází k mírnému poškození i u zdravého souboru buněk, ovšem poškození je menší, než kdyby došlo k chirurgickému zákroku a navíc zdravá tkáň má velkou regenerační schopnost narozdíl od nemocné, která je vůči ozáření daleko citlivější a podléhá mu.
Obrázek 2: Zobrazení ztrát energie v závislosti na dráze, kterou jádro prošlo, pro tři různé počáteční energie jader (převzato z WWW stránek GSI Darmstadt).
V USA již několik lékařských urychlovačů léčí pacienty s nádory uvnitř mozku a v místech, kam se nelze chirurgicky bez nevratného poškození zdravé tkáně dostat. V Evropě se tato léčebná metoda teprve zkouší. První rozsáhlejší použití u pacientů na našem kontinentu začalo v roce 1997 v německém ústavu GSI Darmstadt na urychlovači SIS (viz. obr. 1.). Urychlovač umožňuje urychlit i ta nejtěžší jádra na rychlosti blízké rychlosti světla (energie 100 - 2000 MeV na nukleon) a je využíván hlavně k základnímu výzkumu velmi horké a husté jaderné hmoty. Fyzikové z GSI začali ve spolupráci s lékaři z Německého národního centra pro léčení a výzkum rakoviny v Heidelberku program zapojení urychlovače do léčení rakoviny. Využívá se hlavně možnosti velice přesného určení směru svazku a možnosti směr průběžně měnit. Průběžně lze měnit i energii svazku, což zajišťuje umístění energie do přesného místa uvnitř pacientova těla (viz. obr. 2). Zatím se používala urychlená jádra uhlíku s energiemi 80 – 430 MeV na nukleon.
Před ozařováním se vytvoří přesný trojrozměrný obraz nádoru. Využívá se k tomu PET (Positron Emission Tomography) kamery. Tato metoda využívá radioaktivních jader, která se rozpadají s vyzářením pozitronu (antihmotného partnera elektronu). Pokud je takové jádro v molekule, která se přednostně ukládá v rakovinové tkání, dochází v příslušném místě k anihilaci pozitronu s elektronem. Přitom vzniknou dva fotony gama, které letí přesně v opačném směru. Jejich zachycením můžeme určit přesné místo anihilace a tím i přesně lokalizovat tvar a polohu nádoru. Počítačový program pak řídí změny směru a energie urychlených jader, tak aby byla ničena právě jen nemocná tkáň. Přesnost operace lze průběžně kontrolovat PET kamerou. Je to výhoda použití uhlíku, neboť jádra 10C a 11C se rozpadají s produkcí pozitronu. Přesnost operace dosahuje hodnot lepších než 2 mm. Metoda zajišťuje velmi přesnou lokalizaci, což je velmi důležité hlavně u nádorů uvnitř mozku nebo jiných životně důležitých orgánů.
U první skupiny pacientů, kterých bylo okolo dvaceti jsou výsledky velmi slibné. I když je však nádor zničen, nelze po dvou až třech letech ještě hovořit o jednoznačném úspěchu. Za vyléčenou považují lékaři rakovinu, jestliže se nádor znovu neobjeví do pěti let. Ale podle dosud známých výsledků, mají ozáření pacienti velkou šanci být mezi uzdravenými. Tento úspěch urychluje rozhodnutí postavit v Německu specializované pracoviště věnující se této metodě.
Obrázek 3: Ozařovací stolice umístěná na urychlovači SIS a sloužící k fixaci pacienta a kontrole přesnosti a úspěšnosti zákroku pomocí PET kamery (převzato z WWW stránek GSI Darmstadt)
Metoda je vhodná pro přesně ohraničené lokalizované nádory. Je nedostatečná pro rozsáhlejší zasažení a pro nádory vykazující metastázy. Ozařovaná část pacientova těla musí být pevně fixována, takže metoda není vhodná například pro plicní nádory. Léčba pomocí urychlených těžkých jader zdaleka nepatří mezi laciné záležitosti. Výstavba speciálního urychlovače pro lékařské záměry stojí i s budovou okolo 110 milionů DM a při jeho optimálním využití je cena celkové léčby jednoho pacienta okolo 40 000 DM. Při zásahu musí být pacient pevně fixován a psychická zátěž, ke které při celé léčbě dochází, musí být kompenzována co nejcitlivějším přístupem lékařů i techniků. Přes uvedené problémy dává popsaná metoda mnohým postiženým reálnou naději na uzdravení. Doufejme, že v budoucnu bude možno rakovinám předcházet nebo je léčit méně náročnými a ohleduplnějšími metodami. Ovšem v mezidobí může popsaná metoda zachránit život nebo alespoň prodloužit jeho aktivní část u řady nemocných.
Zájemcům o podrobnější informace lze nabídnout stránky laboratoře GSI Darmstadt: http://www-aix.gsi.de/~bio/home.html a bezprostřední informace od dr.Olivera Jäkla jednoho ze členů týmu, který zmíněné výzkumy provádí. Mezinárodní laboratoř CERN (Ženeva) ve spolupráci s Ústavem jaderné fyziky AVČR organizuje v Průhonicích Letní školu “Urychlovače pro lékařství a medicínu” (CAS2001). V rámci této akce se uskuteční veřejná přednáška dr. O. Jäkla z Německého národního centra pro léčení a výzkum rakoviny v Heidelbergu s názvem:”Lékařské a fyzikální aspekty léčení zhoubných nádorů jejich ozářením urychlenými nabitými částicemi”. Přednáška se bude konat dne 10. května 2001 od 15 hodin v posluchárně kliniky ORL v areálu VFN, Praha 2, U nemocnice 2. Tato přednáška je určená pro širší odbornou veřejnost. Bude doplněna krátkým vystoupením ing. Rostislava Macha, DrSc. z ÚJF AVČR (Řež) o nedávno zavedené výrobě radiofarmak pro PET kamery na cyklotronu ÚJF a vystoupením ing. K.Prokeše o projektu na stavbu nového urychlovače pro léčení nádorů. Přednášky budou předneseny anglicky.
