In Nederland kregen in 2023 dagelijks zo’n 350 mensen de diagnose kanker. Een van de meest gebruikte behandelvormen is radiotherapie (bestraling). Daarbij is het voor de aard en ernst van de bijwerkingen van groot belang dat de juiste dosis en locatie voor de bestraling bepaald wordt. Australische onderzoekers hebben onlangs ontdekt dat draagbare organische röntgensensoren tot veiligere protocollen voor bestralingstherapieën voor kankerpatiënten kunnen leiden.
Het Australische onderzoeksteam, onder leiding van dr. Jessie Posar van de School of Physics aan de Universiteit van Wollongong, deed hiervoor onderzoek naar het gedrag van organische röntgensensoren. De veelbelovende resultaten van dat onderzoek zijn onlangs gepubliceerd in het artikel ‘Flexible Organic X-Ray Sensors: Solving the Key Constraints of PET Substrate’ in in Advanced Functional Materials.
Draagbare organische röntgensensoren
Het team onderzocht de vooruitgang in draagbare organische röntgensensoren en ontdekten dat deze mogelijk toekomstige behandelingsopties voor kankerpatiënten kunnen transformeren. “Radiotherapie heeft als doel een externe bundel ioniserende straling te gebruiken om kankercellen te doden of te beschadigen zonder de omliggende gezonde cellen of organen te beschadigen. Dit vereist een nauwkeurige toediening van de behandelingsprotocollen om de resultaten te optimaliseren en bijwerkingen te minimaliseren,” aldus dr. Posar.
Een veel voorkomende bijwerking van de bestraling bij borstkanker is acute huidtoxiciteit. In Australië. Door gebruik te maken van organische röntgensensoren kan de oorzaak van deze bijwerking veel beter gemonitord worden, zo stellen de onderzoekers. In tegenstelling tot traditionele detectoren, op silicium basis, zijn organische halfgeleiders niet alleen goedkoper en lichter, maar ook printbaar, rekbaar en bieden ze vanwege hun op koolstof gebaseerde samenstelling de eerste biocompatibele reactie op ioniserende straling.
“Deze sensoren kunnen de stralingsblootstelling van het lichaam direct monitoren, waardoor real-time aanpassingen tijdens kankerbehandelingen mogelijk zijn en schade aan gezonde weefsels geminimaliseerd wordt. Het gedrag van organische röntgensensoren is echter nog onbekend en dat is wat ons team wilde onderzoeken”, vertelt dr. Posar.
Prestaties en stralingsstabiliteit
In het onderzoek werd ook gekeken naar de elektronische prestaties en stralingsstabiliteit van organische röntgensensoren onder klinische stralingsbundels. Daarbij kon onder conventionele radiotherapieomstandigheden aangetoond worden dat organische sensoren invallende röntgenstralen kunnen detecteren zonder afhankelijkheid van de energie of de dosissnelheid van de inkomende bundel, terwijl ze 99,8% van de bundel doorlaten.
“Dit betekent dat het bij een patiënt gedragen kan worden om de blootstelling aan röntgenstraling te controleren zonder het behandelprotocol te beïnvloeden om de veiligheid en klinische resultaten te verbeteren”, aldus Posar.
Veelbelovende behandelresultaten
De onderzoekers stellen wel dat ondanks de veelbelovende behandelresultaten, er geen detector is die in staat is om kwaliteitscontrole te bieden, waardoor de doeltreffendheid van de behandeling en de veiligheid van de patiënt worden beperkt. “Er is nog veel onbekende fysica om te onderzoeken. Maar ons werk toont aan dat organische halfgeleiders de ideale eigenschappen bezitten voor draagbare en gepersonaliseerde röntgendetectie om de nauwkeurigheid en veiligheid in de oncologie te verbeteren in de richting van stralingstoediening op maat die de therapeutische effectiviteit maximaliseert en de schade aan gezonde weefsels beperkt”, aldus de onderzoekers.
Hun conclusie is dan ook dat er nog veel extra onderzoek nodig is, maar desalniettemin kan deze innovatie een revolutie betekenen voor de ontwikkeling van gepersonaliseerde bestralingstherapie en in de toekomst een nieuw niveau van veiligheid en effectiviteit kan bieden in de patiëntenzorg. De volgende fase van het onderzoek gaat bestaan uit data science-benaderingen om de ontdekking en vertaling naar echte werktoepassingen te versnellen.
Voor het onderzoek werkte het team van dr. Posar samen met het Australian Synchrotron van de Australische Organisatie voor Nucleaire Wetenschap en Technologie (ANSTO). Dit is een van slechts twee plekken ter wereld waar een behandelingsmodaliteit voor stralingstherapie wordt ontwikkeld. Deze behandelingsmethode, Microbeam Radiation Therapy genaamd, is bedoeld om anders onbehandelbare tumoren, waaronder hersenkanker, te behandelen.
Nederlands onderzoek
Ook in Nederland wordt onderzoek gedaan naar alternatieve, en betere, bestralingsmethoden die de uitkomsten voor patiënten verbeteren het risico en de ernst van bijwerkingen verminderen. Zo ontving een onderzoek naar een nieuwe vorm van bestraling door elektronen met een zeer hoge energie, een project van het Erasmus MC Kanker Instituut, de TU Delft en het Lausanne University Hospital, deze zomer 1 miljoen euro vanuit het Open Technologieprogramma van de NWO.
Doel van dit onderzoek is om te bepalen hoe bestraling door elektronen met zeer hoge energie (Very High Energy Electrons, VHEE) het beste ingezet kan worden. De kans is groot dat de bestraling van tumoren door elektronen met zeer hoge energie het aantal bijwerkingen substantieel verminderd. Daarom zien de onderzoekers veel potentie voor deze vorm van bestralingstherapie voor kankerpatiënten.
