PET - ett steg nærmere persontilpasset kreftbehandling?

Vi har gått og gått, gjennom en labyrint av ganger, og nå befinner vi oss i et stort rom på Ullevål universitetssykehus. Det er merkelig stille. Pasientene har gått for dagen. Foran oss står en stor maskin med en noe uforklarlig fasong. Den minner mest om noe man ser i en science fiction-film.

– Dette er positronemisjonstomografi-maskinen vår, bedre kjent som PET, forteller Ingerid Skjei Knudtsen.

– Med denne maskinen tar vi bilder av kreftpasienter, og takket være PET-teknologien får vi vite hvor svulsten befinner seg og om kreften har spredt seg. Denne informasjonen er relevant for å bestemme hva slags behandling pasienten skal få og kan også si noe om pasientens prognose, fortsetter hun.

Ingerid Skjei Knudtsen trykker på en knapp som får et langt, metallisk bord til å bevege seg inn i og ut av maskinen. Her ligger pasientene så rolig de kan med armene over hodet i ca. 15 minutter mens bildene tas. Ved siden av står Espen Rusten og inspiserer. De er begge fysikere med spesiell interesse for hvordan man kan bruke bilder, for eksempel generert av PET, i stråleterapi.

Hva slags informasjon kan disse bildene gi oss, og hvordan kan dette brukes til å forbedre behandlingen? Hvordan kan PET-maskinene brukes ut over det som allerede er standard på norske sykehus?

Radioaktivt sukker

Ved Syklotron-senteret på Rikshospitalet bindes radioaktive fluor 18-atomer til glukose, bedre kjent som druesukker. Da sitter vi igjen med det man på fagspråket kaller 18-fluordeoxyglucose (FDG). I tilfeller hvor det er mistanke om kreft, gis FDG til pasienten.

– Sukker er god næring for kroppens maskineri, men siden kreftceller er spesielt glupske, havner mesteparten av glukosen nettopp der, forteller Rusten.

Når de radioaktive F18-atomene som er bundet til sukkeret henfaller, sendes det ut positroner: elektronets anti-partikkel. Det vil si at positronet har samme masse som elektronet, men motsatt ladning. Når et positron og et elektron kolliderer, oppstår det et lysglimt som oppdages av PET-maskinen. Ved hjelp av disse lysglimtene kan legene peile seg inn på kreftsvulsten. Og jo flere slike lysglimt, jo glupskere er svulsten – og muligens desto mer aggressiv.

Les også: Ti gode nyheter om kreft

Persontilpasset behandling med stråledosemaling

Dagens strålebehandling innebærer at en jevn, homogen stråledose gis til hele kreftsvulsten. Dette er en robust metode som tar livet av mange av kreftcellene, men som også kan innebære skade på omkringliggende vev. Derfor snakkes det i dag mye om såkalt persontilpasset medisin, hvor kreftbehandlingen skreddersys til hver enkelt pasient, eller rettere sagt til hver enkelt svulst. Og her seiler FDG-PET opp som en lovende metode.

– Ved hjelp av FDG-PET kan man si noe om hvor aggressive ulike deler av svulsten er. Med en heterogen stråledose kan de delene av svulsten som har størst FDG-opptak få den høyeste stråledosen, såkalt «dose painting» eller stråledosemaling, sier Knudtsen.

Les mer om metoden her: Skal ta knekken på aggressiv kreft med «stråledosemaling»

Ingerid Skjei Knudtsen har nylig levert sin doktorgradsavhandling ved Fysisk institutt ved UiO og har sett på bruken av FDG-PET og stråledosemaling i pasienter med lungekreft. Lungekreft er ikke bare den vanligste kreftformen, men også en av de mest dødelige.

– Med lungekreft er det ofte svært vanskelig å oppnå lokal kontroll, det vil si å ta knekken på cellene i selve primærsvulsten. Tilgjengelige data tyder på at høyt FDG-opptak betyr økt stråleresistens, og disse områdene vil da gis størst dose. Dette er det kliniske grunnlaget for at man tror bruken av PET og stråledosemaling er en god idé, forteller hun.

Dynamisk PET

Espen Rusten har på sin side jobbet med krefttyper der prognosen enten er bedre enn for lungekreft, slik som med analkreft (ANCARAD-prosjektet), eller med de mer sjeldne variantene. Et eksempel på sistnevnte er sarkom, som utgjør ca. 1 prosent av krefttilfellene i Norge. Sarkomer er ekstremt mangfoldige, og når man har med komplekse tumorer å gjøre, kan bruken av såkalt dynamisk PET vise seg å være nyttig.

– Ved statisk PET tas bildene vanligvis en time etter FDG-injeksjon, mens ved dynamisk PET tas bildene kontinuerlig slik at man kan overvåke FDG-opptaket over tid. I tilfeller der kreften består av flere avleiringer i tillegg til primærsvulsten, kan dynamisk PET hjelpe oss å skille mellom de aggressive og de snille variantene, forteller Rusten.

Fantomet

De to fysikerne bruker alt fra programmering og modellering til cohort- og fantomstudier i arbeidet sitt. Et fantom er en menneskelignende avstøpning som består av materialer som etterligner ulike kroppsvev, slik som bløtvev og lungevev, og som dermed kan gjenspeile hvordan strålingen oppfører seg i kroppen.

– I en av studiene våre brukte vi et fantom til å simulere hvordan man kunne planlegge og levere en heterogen stråledose i tre dimensjoner i en pasient. Vi fant ut at den dosen som planlegges av systemet, tilsvarte den dosen som ble avsatt i fantomet. Det er litt kult! forteller Knudtsen entusiastisk.

– Og siden fantomet har samme tetthet som et menneske, er det tunge greier. Det vet jeg, for jeg har båret det, skyter Rusten inn.

Les også: Nordisk krafttak for utviklingen av persontilpasset medisin

Lurer systemet

Ved hjelp av en lignende dosemalings-metode som den fra fantomstudien, har Knudtsen og kollegaer, med veilederen Erik Malinen i spissen, utviklet en metode for å levere heterogene stråledoser ved bruk av den teknologien som allerede finnes ved norske sykehus.

(Saken fortsetter under)

FDG-PET/CT-bilder av en avansert (altså på sent stadium) lungekreftpasient som viser respons på behandlingen. Lengst til venstre: Rett før strålebehandling, høyt opptak av FDG i en svulst som ligger inn mot aorta. Midten: Etter én ukes strålebehandling, FDG-opptaket er betraktelig lavere. Til høyre: 6 uker etter ferdig stråleterapi, nesten ikke opptak av FDG i svulsten lenger. Foto: UiO

– Basert på medisinske bilder ber man i dag datasystemene om å levere en homogen stråledose. Ved i stedet å fortelle systemet at en heterogen dose allerede er blitt avsatt, lurer du det til å bestråle de områdene hvor det tilsynelatende ikke er blitt avsatt noen dose, og vice versa for de områdene hvor systemet nå tror en høy dose allerede er blitt gitt, forteller Knudtsen.

PET-bildene kan brukes som grunnlag for å bestemme hvor høy dose man vil gi til ulike deler av svulsten.

Likevel er det ikke helt enkelt å implementere metoden:

– Rent teknisk er dette en lett anvendelig metode, men det betyr ikke at det er rett frem for dem som planlegger strålebehandlingen. Det er enklere å lage en behandlingsplan med homogene doser, forteller hun.

Flere usikkerheter

Bruken av FDG-PET har usikkerheter i flere ledd. Hvordan pasientene ligger mens bildene tas, at svulsten kan forflytte seg under bildetakingen, forskjeller i bildekvalitet mellom ulike scannere og kalkulering av stråledose er bare noe av de problemstillingene som forskere som Knudtsen og Rusten arbeider med. På grunn av dette debatteres det også hvor presis man faktisk klarer å være under stråledosemalingen.

– Når vi begynner å peile oss inn på mindre områder, øker graden av usikkerhet. Hvordan skal vi best definere de områdene som bør gis større eller mindre dose? Hvilke markører og bilder bør vi bruke, og hvor aggressivt tør vi å krympe feltet strålingen gis til? Det er de grunnleggende spørsmålene, forteller Rusten.

– Noe av det viktigste med avhandlingene våre er at man får en litt bedre idé om størrelsesordenen på usikkerhetene ved bruk av PET i stråleterapien, mener Knudtsen.

Les også: Feilmedisinering av barn kan unngås med 3D-printede tabletter

Fra teori til virkelighet

Det gjenstår med andre ord mer arbeid før Rusten og Knudtsen har kommet helt i mål. Flere og lengre kliniske studier trengs for å verifisere at avansert stråleterapi basert på FDG-PET-bilder faktisk gir bedre resultater enn dagens metoder. Mange av disse studiene er allerede i gang, og norske sykehus deltar i noen av disse (eksempelvis NARLAL2).

– Om disse studiene slår ut i positiv retning, hvordan kan vi da i praksis gjennomføre stråledosemaling med bruk av teknologi som allerede eksisterer? Det er noe av det vi ser på, og det vi har funnet så langt er veldig bra, forteller Espen Rusten entusiastisk.

Ingerid Skjei Knudtsen ser sin egen forskning som en stein i et enormt byggverk, og hun håper å kunne inspirere andre:
– Det er viktig å opplyse om at slike forskningsfelt finnes og at man ikke må bli lege for å jobbe med medisinske problemstillinger, avslutter hun.

Pasientnær forskning

Marianne Grønlie Guren jobber som overlege og onkolog ved Oslo universitetssykehus og er involvert i ANCARAD-prosjektet om bruken av PET i behandling av kolorektal kreft. Hun ser stor nytte av forskningen til Knudtsen og Rusten.

– Prosjektene til Knudtsen og Rusten er spennende, og selv om det er avansert teknologi som anvendes, er dette pasientnær forskning som foregår i tett samarbeid mellom fysikere og klinikere. Forskningen er viktig for pasienter som får strålebehandling for kreft, fordi resultatene kan føre til mer persontilpasset strålebehandling som kan bi bedre overlevelse og mindre bivirkninger, forteller Guren.

Denne saken er først publisert på Titan.uio.no - forskningsmagasinet til UIO