ASTRO-Interview mit Dr. Eric Ford
Vor einigen Monaten hatte ich die Gelegenheit, mich mit dem bemerkenswerten Physiker, Professor und Forscher für experimentelle Strahlenbiologie, Dr. Eric Ford, zusammenzusetzen. Als einer der Vordenker hinter der Precision Proton Radiotherapy Platform, die Partikelstrahlen verwendet, um Gewebe präzise anzuvisieren, hilft uns Dr. Ford zu verstehen, wie Partikelstrahlen mit Tumoren und normalem Gewebe interagieren. Mit seinem Fokus auf die Verbesserung der Qualität von Patientenbehandlungen schien es auf der Konferenz der American Society for Radiation Oncology 2017 passend, seine Motivation und seinen Ausblick hinter dem bildgeführten Protonenbestrahler festzuhalten.
Gab es bei der Idee, Krebs zu behandeln, eine bestimmte Krebsart, die Ihre Leidenschaft für die Entwicklung der Precision Proton Radiotherapy Platform befeuerte?
Die Protonentherapie kann bei vielen verschiedenen Krebsarten eingesetzt werden. Aber einer der Krebsarten, die meine Leidenschaft befeuert haben, war der Kinderkrebs, wegen der Gewebeschonung und der langen Lebensdauer, die die Patienten haben werden, nachdem sie diesen Krebs überlebt haben. Daher ist es für mich sehr motivierend, die Biologie dieser pädiatrischen Krebsarten besser zu verstehen; jene Krebsarten, die größtenteils im ZNS vorhanden sind. Insgesamt ist es wichtig, die normalen Gewebetoxizitäten zu verstehen, die sich bei einem Protonenstrahl von einem Photonenstrahl unterscheiden. Es gibt Diskussionen hier bei ASTRO über genau dieses Thema. Es ist also ein unbekanntes Gebiet.
Wie würden Sie einem Immunologen die Vorteile der Protonentherapie erklären?
Über die unterschiedliche Wirkung von Protonen im Vergleich zu anderer Strahlung im Immunkontext ist nur sehr wenig bekannt. Es gibt einige Daten, die das nahelegen es ist anders. Die Hochregulierung von Genen scheint anders zu sein, das „Eat-me“-Signal, das bei Teilchenstrahlen ausgegeben wird, scheint anders zu sein, aber es ist wirklich ein work in progress. Ich würde also sagen, dass es unbekannt ist und dass es viele Experimente gibt, die durchgeführt werden müssen. Man braucht wirklich fokussierte Strahlung, um diese Art von Experimenten durchführen zu können. Denn wenn Sie einen ganzen Organismus dosieren, gibt es große Auswirkungen auf die verschiedenen zellulären Komponenten des Immunsystems; was die Experimente wirklich beeinflussen wird.
Erwarten Sie aufgrund der Wissenschaft und Entwicklung hinter der Precision Proton Radiotherapy Platform, welche Krebsart Ihre Plattform sein könnte? am effektivsten bei der Behandlung?
Es ist schwer, eine Vorhersage darüber zu treffen, ob es sich auf eine bestimmte Krebsart auswirkt. Jim Deye und ich haben kürzlich einen Übersichtsartikel geschrieben, in dem die gesamte Literatur untersucht wurde, die in den letzten 5 oder 6 Jahren zu diesem Thema veröffentlicht wurde, und es gibt nicht viele Artikel im Bereich der Teilchenstrahlexperimente, weil es keine wirklich gegeben hat eine Plattform, um dies in vivo zu untersuchen. Aber wenn man sich die Photonenexperimente ansieht, gibt es interessante Ergebnisse bei Lungenkrebs, Gehirnkrebs, Bauchspeicheldrüsenkrebs und Prostatakrebs. Es umfasst also ein breites Spektrum von Dingen und ich glaube, dass es bei der Protonenstrahltherapie ähnlich sein kann.
Würden Sie sagen, dass diese Plattform für die Untersuchung harmloser Erkrankungen genauso nützlich sein wird?
Derzeit wird die Protonentherapie bei gutartigen Erkrankungen eingesetzt; aber das ist derzeit relativ selten. Beispielsweise wird eine Radiochirurgie bei Trigeminusneuralgie durchgeführt, einer Erkrankung, die den 5th Hirnnerven. Wir können das mit Strahlung behandeln, aber das wird nicht so sehr mit Protonen behandelt.
Glauben Sie, dass Ihre Plattform die Behandlung gutartiger Erkrankungen auf die nächste Stufe heben kann?
Wir haben mit der Plattform einige Arbeiten mit Nicht-Krebspatienten durchgeführt. Es gab einige innovative Arbeiten in der Neuroentwicklung, die sich mit Stammzellnischen im Gehirn befassten, wo man den Strahl verwenden kann, um Stammzellregionen ganz gezielt abzutragen. Beispielsweise fand Blackwells Gruppe an der John Hopkins University eine Population von Stammzellen im 4th Ventrikel des Gehirns; in dem sie nicht wussten, was seine Funktion war. Also führten sie ein ablatives Verfahren durch, bei dem sie nur diese Region bestrahlten; eine Region direkt in der Nähe der Hypophyse. Das ist sehr schwierig, aber sie fanden heraus, dass diese Zellen am Stoffwechsel beteiligt waren, und dies eröffnete ein ganz neues Forschungsgebiet. Es ist ein Beispiel, das zeigt, was unter nicht krebsartigen Bedingungen mit dieser Art von Plattform getan werden kann.
Wenn wir uns die grundlegendere Biologie ansehen, gibt es ein weiteres Experiment, das wir mit einem SSRI, einem selektiven Serotonin-Wiederaufnahmehemmer, durchgeführt haben. Die Frage war nach dem Mechanismus und wie er funktioniert. Dies liegt außerhalb des Bereichs der Krebsforschung, aber wir konnten zeigen, dass ein Teil des Mechanismus mit einer Neuroprogenitor-Zellkomponente im Gehirn zu tun hatte. Diese Informationen waren tatsächlich wichtig, um die Wirkungen assoziierter Medikamente zu verstehen.
Ich denke also, dass dies weit über Krebs hinausgeht und dass das Bewusstsein da draußen sein muss, damit Labore über die Technologie Bescheid wissen. Wenn Sie sich den Unterschied zwischen Protonen und Photonen ansehen und eine ablative Dosis abgeben, spielt es keine Rolle, wie Sie das tun. ob Röntgenstrahlen oder Protonen. Aber Sie könnten argumentieren, dass Sie mit Protonen etwas Lokaleres tun können, oder etwas, das gezielter ist und weniger Auswirkungen auf den Rest des Organismus hat. Das könnte also ein Bereich sein, in dem wir einen Vorteil sehen könnten. Aber es braucht noch viel mehr, um sich das anzusehen.
Ich denke, das Wichtigste hier ist, dass man diese Experimente in vivo durchführen kann, und das war bisher nicht sehr oft möglich. Es ist wichtig, den Strahl ausreichend zielen zu können, damit Sie das umgebende Gewebe nicht stören. Wenn Sie an Krebs denken, dann behandeln Sie nur den Tumor und möchten das normale Gewebe nicht bestrahlen, weil dies eine unerwünschte Wirkung haben kann. Dazu benötigen Sie also eine Bildführung und einen lokalisierten Strahl. Wir hatten das eine Zeit lang mit Röntgenstrahlen, aber wir hatten das wirklich nicht mit Teilchenstrahlen; bis jetzt.
Gab es irgendetwas, das Sie anhand einer kürzlich gelesenen Forschungsarbeit zu der Aussage veranlasst hat: „Deshalb wird meine Protonenstrahltechnologie so nützlich sein.“
Wenn Sie sich neue Experimente ansehen und faszinierende Daten sehen, die nicht gründlich erklärt werden, ist das eine aufregende Sache. Wir sehen einige Experimente, die sich mit bestimmten Strahlen befassen, bei denen ein unterschiedlicher Effekt von Partikelstrahl im Vergleich zu Röntgenstrahlen etwas mit der Art und Weise zu tun haben kann, wie die Dosis deponiert wird. Generell ist vieles von dem, was in den nächsten Jahren kommen wird, noch unbekannt. Wenn es etwas Neues gibt, das noch erklärt werden muss, und wir jetzt ein Werkzeug haben, um es uns anzusehen, ist das eine gute Sache.
Wie würden Sie Ihre Gefühle hinsichtlich der Einführung dieser Plattform in der Branche beschreiben?
Es ist aufregend! Aber es bringt auch viele Unsicherheiten mit sich. Weil es Biologie ist; und die Biologie ist das Land des Unbekannten.
Apropos Biologie: Wie ist es, als Physiker mit den verschiedenen Aspekten der Unsicherheit umzugehen, die mit der Biologie einhergehen?
Als Physiker kontrollieren und messen wir gerne Dinge, genau wie alle Wissenschaftler. Die Physik liegt im extremen Spektrum. Aber wenn man ein biologisches System betrachtet, gibt es so viele weitere Variablen. Sie haben einfach nicht dieses Maß an Kontrolle. Es ist also ein wenig einschüchternd. Ich glaube, das ist das Wort, nach dem ich gesucht habe ... einschüchternd. Es ist aufregend, aber auch einschüchternd.
Wenn ich mich selbst aus physikalischer Sicht betrachte, komme ich mir oft wie ein Übersetzer vor; Fachübergreifend übersetzen. Wir vermitteln Ideen darüber, was wir technisch tun können, und verstehen gleichzeitig Teile der Biologie. Ich bin kein Experte darin, aber ich weiß genug, um mit Menschen zu reden.
Was hat Ihr Interesse daran geweckt, Ihre Technologie mit der Small Animal Radiation Research Platform (SARRP) zu kombinieren?
Für mich war es meine lange Geschichte in der Entwicklung von SARRP. Ich war in den frühen Tagen bei Hopkins an seiner Entwicklung beteiligt. Bereits 2005 haben wir diesen Prototyp gebaut, der tatsächlich mit einer Filmplatte fotografiert. Es ist also eine Geschichte, die weit zurückreicht. Und für mich ist es eher die Vertrautheit mit der Technologie. Als wir das Gerät bekamen, konnten wir es sehr einfach an den Prototyp der Protonenstrahlleitung anpassen. Und das war nicht trivial, denn die Strahllinie ist ein feststehender Strahl, der aus der Wand kommt; und so unterliegt es einigen starken geometrischen Einschränkungen. Gut, dass uns das als Partnerschaft gelungen ist.
Wie hat diese Partnerschaft Ihre Aussichten für die Precision Proton Radiotherapy Platform verbessert?
Es hat uns für neue Experimente geöffnet, die wir mit verschiedenen interessierten Laboren durchführen könnten.
Bei ASTRO gab Dr. Silvia Formenti eine Erklärung ab, in der sie sich auf Sie bezüglich der Dosisfraktionierung und der Blutzirkulation bezog. Können Sie mir mehr darüber erzählen?
Sie bezog sich auf ein mathematisches Modell, das ich mitentwickelt hatte. Dieses Modell betrachtet die Strahlendosis, die dem Blutpool eines behandelten Patienten zugeführt wird.
Mit der Vorstellung, dass das Blut bei eingeschaltetem Strahl durch das Portal fließt, geben Sie dem gesamten Blutpool des Patienten eine unbedeutende Dosis ab; und mit der zeit sammelt sich das an. Es hängt von der Fraktionierung und der Art und Weise ab, wie die Strahlung abgegeben wird. Das ist ein Modell, an dem wir vor etwa 7 Jahren gearbeitet haben. Es hat sich jetzt tatsächlich in klinischen Daten gezeigt, dass es eine Wirkung hat; was wirklich spannend ist.
Was halten Sie in Bezug auf die Radioonkologie von der folgenden Aussage, die bei ASTRO abgegeben wurde?
"Die Menschen werden mit Krebs als chronischer Erkrankung leben, nicht als unheilbare Erkrankung.“
Vieles davon liegt außerhalb des Bereichs, in dem ich Experte bin. Aber eines kann ich sagen: Wenn das wahr ist und Krebspatienten mit einer chronischen Erkrankung leben werden, dann ist die Forschung wichtiger. Es ist wichtig, dass wir die richtigen Wirkstoffe bekommen, die Toxizität reduzieren und die Kosten senken.
Wo sehen Sie die Precision Proton Radiotherapy Platform und das Forschungsfeld in 5 Jahren?
Ich denke, dass kombinierte Wirkstoffe noch nicht vollständig erforscht sind. Wenn Sie sich einen Agenten ansehen, ist es interessant zu wissen, was er in Kombination mit anderen Agenten macht. Ein Grund dafür, dass es nicht erforscht wurde, liegt darin, dass die Technologie zu seiner Untersuchung nicht allgemein verfügbar ist.
Das werden Sie auch in der Klinik sehen. Wenn Sie über eine verfügbare Technologie wie die 4D-CT verfügen, können Sie plötzlich Patienten mit einer neuen Technik wie der SBRT behandeln. Wenn Sie also über eine Technologie verfügen, die einen neuen Bereich der klinischen Behandlung oder einen neuen Forschungsbereich ermöglicht, kann dies zu fruchtbaren Wegen führen.
Was kommt als nächstes für Sie?
Nun, wir müssen einfach mehr Experimente machen. Ich habe versucht, mich weniger auf die technische Entwicklung und mehr auf die Wissenschaft zu konzentrieren, denn als Physiker mit technischem Hintergrund kann man leicht süchtig nach den Spielereien werden; welche wichtig sind. Aber dann müssen Sie darüber nachdenken, was als nächstes kommt ... was können Sie mit diesem Gadget wirklich tun?
