Các nhà khoa học vũ khí hạt nhân chế tạo máy chiếu xạ mạnh Flash có tiềm năng lớn điều trị ung thư

Nguyên mẫu Flash của họ có thể tạo ra năng lượng hay “tỷ lệ liều” hơn 80 Gy mỗi giây (đơn vị dùng để đo lượng bức xạ được hấp thụ bởi một vật thể hoặc con người). Dù cả phương pháp điều trị hiện tại và nguyên mẫu của nhóm đều sử dụng tia X làm nguồn bức xạ, hệ thống mới tạo ra nhiều hơn so với xạ trị thông thường từ 0,5 đến 20 Gy mỗi giây.

Kết quả này cho thấy rằng cùng một lượng bức xạ nhưng có thể được phát ra với cường độ cao hơn nhiều trong thời gian chưa đầy một giây. Đây là tiến bộ đáng kể trong phương pháp điều trị bằng bức xạ hiện nay, vốn gây ra nhiều độc tính cho các mô lành xung quanh khi tiêu diệt khối u. Bức xạ năng lượng cực cao có thể là giải pháp để khắc phục vấn đề này.

Các nhà nghiên cứu cho biết trong một bài viết về hệ thống mới: “Dù đã có những thí nghiệm lặp đi lặp lại tương tự, cả trong nước và quốc tế, nhưng việc đạt được liều bức xạ năng lượng cực cao đáp ứng yêu cầu lâm sàng vẫn chưa thành công”. Thế nhưng, các nhà nghiên cứu thông báo rằng máy của họ đã đáp ứng yêu cầu về liều bức xạ cực cao trong lâm sàng là hơn 40 Gy mỗi giây.

Tiến bộ này đã được báo cáo trên tạp chí học thuật High Power Laser and Particle Beams (Trung Quốc) vào tháng 12.2023. Đồng tác giả là các nhà khoa học từ những viện nghiên cứu như Học viện Vật lý Kỹ thuật Trung Quốc ở tỉnh Tứ Xuyên và Đại học Kỹ thuật Cáp Nhĩ Tân ở đông bắc Trung Quốc.

Cùng với hóa trị, phẫu thuật và liệu pháp miễn dịch, xạ trị là một trong những phương pháp điều trị ung thư chính. Kể từ khi được sử dụng lần đầu tiên cách đây hơn một thế kỷ, các bác sĩ đã tìm kiếm sự cân bằng tối ưu giữa việc tối đa hóa liều lượng để mang lại lợi ích tốt nhất có thể và hạn chế tổn thương cho các mô bình thường.

Zhang Yingying, bác sĩ chuyên khoa ung thư tại Bệnh viện Xiangya thuộc Đại học Trung Nam ở tỉnh Hồ Nam (Trung Quốc), nói: “Chúng ta đã tiến đến một chỗ bế tắc mà việc làm chủ các chùm năng lượng không thể đưa chúng ta đến một nơi tốt hơn. Chúng ta biết giới hạn của liều bức xạ an toàn với mô người và điều đó ngăn cản việc theo đuổi phương pháp điều trị hiệu quả hơn”.

Trong thập kỷ qua, các thử nghiệm lặp đi lặp lại đã chỉ ra rằng vấn đề này có thể được cải thiện đáng kể bằng cách sử dụng liều phóng xạ cực cao, thường là trên ngưỡng 40 Gy mỗi giây, để đạt được hiệu quả chống khối u tương tự trong khi vẫn giữ được nhiều mô khỏe mạnh hơn. Đó là hiệu ứng có tên Flash.

Flash là lĩnh vực thú vị nhất của công nghệ xạ trị. Các nhà khoa học, bác sĩ lâm sàng và kỹ sư đang thúc đẩy sự phát triển của nó.

Vào những năm 1960, hai nhà khoa học lần đầu tiên quan sát thấy vi khuẩn có khả năng chống chịu với liều lượng bức xạ cực cao hơn so với cường độ thông thường. Tuy nhiên phải đến những năm 2010, hiện tượng này mới bắt đầu gây sốt trong cộng đồng học thuật.

Thời điểm đó, các thí nghiệm được thực hiện bởi các nhà nghiên cứu từ Viện Curie và Viện Gustave Roussy ở Pháp và Trung tâm Bệnh viện Đại học Vaudois (CHUV) tại Thụy Sĩ. Nghiên cứu mang tính bước ngoặt của họ được công bố vào năm 2014 cho thấy bức xạ cường độ cực cao có thể tạo ra tác dụng chống khối u tương tự, nhưng ít gây tổn hại hơn đáng kể cho mô bình thường.

Khi lần đầu tiên nghe về hiệu ứng Flash, Zhang Yingying mô tả cảm giác “phấn khích” trước khả năng phá vỡ chỗ bế tắc này. Bà nói: “Chúng tôi đang đặt hy vọng vào Flash để giải được câu đố lâu đời đó”.

Yang Gen, giáo sư vật lý và kỹ thuật y tế tại Đại học Bắc Kinh, người không tham gia vào nghiên cứu, đã mô tả Flash là tương lai của việc điều trị ung thư.

“Phương pháp xạ trị được sử dụng trong các bệnh viện ngày nay chủ yếu dựa trên công nghệ từ một thế kỷ trước, còn các phương pháp điều trị bằng proton và ion nặng mới hơn dựa trên các lý thuyết vật lý từ 80 năm trước. Trong khi Flash là công nghệ thế hệ tiếp theo”, Yang Gen nói.

Flash vượt trội phương pháp xạ trị thông thường khi yêu cầu bệnh nhân trải qua các đợt điều trị ít hơn và ngắn hơn nhiều.

Zhang Yingying nói: “Nếu bạn so sánh năng lượng đầu ra trên một đơn vị thời gian, Flash có thể cao hơn hàng chục hoặc thậm chí hàng trăm lần so với các phương pháp hiện tại”, đồng thời chỉ ra rằng việc điều trị vốn cần nhiều đợt giờ đây có thể giảm xuống chỉ còn một hoặc hai lần.

Điều thú vị hơn nữa là khả năng các bác sĩ có thể nhắm mục tiêu vào các khối u hiệu quả hơn và giảm đáng kể các tác dụng phụ đáng sợ của xạ trị.

Steven Lin, bác sĩ chuyên khoa ung thư bức xạ tại Trung tâm Ung thư MD Anderson ở Mỹ, cho biết trong một bài viết: “Nó có thể là tiềm năng đột phá của xạ trị”.

Zhang Yingying nói điều khiến bà ấn tượng nhất về chiếc máy mới nhất không phải là liều lượng mà là nguồn năng lượng.

Bà nói: “Trong các nghiên cứu trước đây để đạt được hiệu ứng Flash, các nguồn bức xạ chủ yếu dựa vào proton hoặc electron, trong khi nhóm Trung Quốc này sử dụng photon hoặc tia X”.

Xạ trị proton ở liều thông thường đã được sử dụng trong thực tế. Năng lượng của nó phân hủy sau khi đạt đến đỉnh điểm, ít gây tổn thương cho các mô khỏe mạnh và thích hợp để điều trị một số bệnh ung thư gai góc như ung thư tủy sống ở trẻ em. Thế nhưng, những chiếc máy này đắt tiền và cồng kềnh, một số có kích thước lớn bằng sân bóng rổ.

Zhang Yingying nói bản thân tốc độ 80,5 Gy mỗi giây đạt được trong bài viết này không phải là giá trị quá cao. Bức xạ Flash được phát ra bởi các máy nguyên mẫu dựa trên proton đã sửa đổi được báo cáo là đạt tới hàng trăm, thậm chí hàng ngàn đơn vị năng lượng. Thế nhưng, tia X là công nghệ được dùng rộng rãi nhất trong xạ trị và máy móc được sử dụng nhỏ gọn hơn nhiều.

Mặt khác, chùm tia điện tử có ứng dụng y tế hạn chế vì không thể xuyên thấu sâu hoặc điều trị hiệu quả các khối u sâu, theo Zhang Yingying.

Trong bài viết của mình, các tác giả cho biết máy của họ có kích thước tương đương với các máy bức xạ hiện có trong bệnh viện, được gọi là “máy gia tốc tuyến tính y tế” và nếu được phát triển thành công sẽ dễ cài đặt, truy cập hơn.

Yang Gen cho biết: “Không dễ để đạt được những số liệu này với một cỗ máy thu nhỏ”. Ông cho biết vượt quá 80 Gy mỗi giây là bước tiến quan trọng.

Dù tạo ra sự phấn khích nhưng liệu pháp Flash vẫn đang ở giai đoạn đầu. Những nghiên cứu sớm nhất chỉ mới mang Flash vào các thử nghiệm lâm sàng.

Theo một nghiên cứu được công bố trên Tạp chí Ung thư của Hiệp hội Y khoa Mỹ năm 2022, các nhà khoa học tại Trung tâm Y tế Bệnh viện Nhi Cincinnati (Mỹ) phối hợp với công ty thiết bị y tế Varian đã hoàn thành thử nghiệm lâm sàng giai đoạn 1 với 10 người tham gia và kết quả ban đầu đầy hứa hẹn.

Lợi ích của Flash đã được nhân rộng trong hơn 30 nghiên cứu nhưng các nhà khoa học vẫn đang làm sáng tỏ cách thức hoạt động và lý do nó hiệu quả.

Zhang Yingying cho biết: “Chúng tôi đã quan sát hiện tượng này nhưng vẫn chưa tìm ra cơ chế sinh học của nó. Vẫn còn quá nhiều câu hỏi cần nghiên cứu, chẳng hạn như tỷ lệ liều tối ưu cho các cơ quan khác nhau là bao nhiêu, nên nó vẫn chưa sẵn sàng để áp dụng lâm sàng”.

Một trở ngại khác là thiếu máy chuyên dụng cho Flash. Theo Zhang Yingying, trên toàn thế giới chỉ có một số máy nguyên mẫu được dùng cho nghiên cứu trong phòng thí nghiệm và không được thiết kế để sử dụng cho bệnh nhân. Zhang Yingying nói thêm rằng bà đang tiến hành nghiên cứu với các nhà khoa học tại Đại học Thanh Hoa vì bệnh viện của bà không có cơ sở vật chất cần thiết.

Một số hãng công nghệ sinh học chuyên về thiết bị xạ trị nhận thấy tiềm năng y tế to lớn và khoảng trống trên thị trường nên đã hành động. Công ty Theryq (Pháp) cùng với CHUV (Thụy Sĩ) và Phòng thí nghiệm Vật lý hạt châu Âu (CERN) đã công bố vào cuối năm 2022 rằng sẽ cùng phát triển máy xạ trị Flash đầu tiên trên thế giới. Các thử nghiệm lâm sàng đầu tiên của họ được lên kế hoạch vào năm 2025.

Các nhà nghiên cứu Trung Quốc thông báo rằng nguyên mẫu máy xạ trị Flash với tia X của họ sẽ được cung cấp cho công chúng và dự định sử dụng nó làm nền tảng cho nghiên cứu lâm sàng, tiền lâm sàng.

Bác sĩ Steven Lin nói: “Vẫn còn nhiều điều phải tìm hiểu. Chúng ta phải cẩn thận và không để sự phấn khích về tiềm năng ngăn cản việc tiếp cận nghiên cứu một cách cẩn thận”.