Pavel Bláha: Nové přístupy v protonové terapii mohou zlepšit účinnost léčby nádorů

Váš výzkum je multidisciplinární – zaměřuje se na biologické účinky laserem urychlených protonů a na zvýšení jejich účinnosti v radiační terapii. Vyhovuje vám šíře vašeho výzkumu? 

Právě multidisciplinární charakter ve spojení s možností získávat nové informace a objevovat další perspektivy mě na výzkumu nejvíce baví a fascinuje. Tento zájem se odrážel už v mé studijní dráze, kterou jsem zahájil studiem jaderné chemie na Fakultě jaderné a fyzikálně inženýrské ČVUT. V doktorském studiu jsem se pak dále věnoval radiobiologii a tento základ jsem také doplnil fyzikou urychlovačů.

Jsou podmínky programu MERIT nastavené tak, aby vyhovovaly širokému zaměření vašeho výzkumu?

V tomto směru mi program vychází vstříc zejména díky flexibilnímu nakládání s přidělenými finančními prostředky. Ty totiž lze v rámci MERIT využít nejen na základní potřeby pro výzkum a pracovní cesty, konference nebo workshopy, ale také na další vzdělávání. Díky tomu si mohu například zaplatit kurz zaměřený na využití elektronové mikroskopie a jiná specializovaná školení. Tato flexibilita ve využívání financí výrazně přispívá k efektivitě mé práce.

Co vás na programu oslovilo natolik, že jste se po bohatých zahraničních zkušenostech vrátil do České republiky?

Program MERIT mě oslovil nejen díky svým benefitům, ale zejména díky jeho návratovému charakteru. Kromě zahraničních vědců se také zaměřuje na vytváření kvalitních podmínek pro české výzkumníky, kteří získali zkušenosti v zahraničí. Program jsem začal sledovat už během svého působení v Národním institutu pro jadernou fyziku (Istituto Nazionale di Fisica Nucleare – INFN). V Neapoli jsem se zabýval zvýšením účinnosti protonové terapie pomocí záchytu protonů na boru (PBCT – Proton Boron Capture Therapy). Na něj mimochodem navazuji i aktuálním výzkumem.

Můj tehdejší nadřízený mě informoval o probíhajících projektech v laserovém centru ELI Beamlines. Když jsem poté podával přihlášku, okolnosti se sešly tak příznivě, že jednou z možností bylo právě toto pracoviště v Dolních Břežanech.

Program MERIT bych svým zaměřením, kvalitou a hodnocením přirovnal k programu Marie Skłodowska-Curie Actions Postdoctoral Fellowship. Jedná se tedy o program na vysoké úrovni.

Zmíněný projekt, který jste vedl v Národním institutu pro jadernou fyziku, jste nazval BAFOMET. Jak vznikl tento název?

Název vychází nejen z mé záliby v metalu, ale zároveň jde o akronym, který můj výzkum popisuje (pozn. BAFOMET: proton Boron cApture and FLASH apprOach coMbination to Enhance protonTherapy efficiency). Tento výraz měl v průběhu historie různý symbolismus – já se soustředím na jeho pozitivní aspekt „symbol rovnováhy a osvícení“. 

V ELI Beamlines pracujete od února 2024. Jak zatím hodnotíte své působení v programu MERIT?

V první řadě musím vyzdvihnout, že účastník programu si výzkum řídí a zodpovídá za něj sám. Zároveň je však nezbytné zvládat spolupráci v širším týmu – především v mém případě, kde urychlení protonů laserem je značně složitý proces, na kterém se podílí velký počet lidí.

Během prvních měsíců v ELI Beamlines jsem se věnoval přípravě prvního biologického experimentu s urychlenými protony na místním ELIMAIA-ELIMED urychlovači. Sledoval jsem, jaké účinky mají laserem urychlené protony na vznik poškození DNA u normálních buněk (nerakovinných).V tomto ohledu je třeba zmínit, že jsme na samém začátku a technologie je stále ve vývoji.

Biologický výzkum zde má značnou podporu – nyní připravujeme plány na specializovanou laboratoř, která se zaměří čistě na radiobiologický výzkum. Její výstavba by měla proběhnout během roku 2025 a otevření následně v roce 2026. Velmi si cením příležitosti podílet se na jejím vývoji.

Jak v této souvislosti vidíte svou budoucnost?

Pokud by to bylo možné, rád bych se po skončení své účasti v programu MERIT zapojil do aktivit spojených právě s tímto vědeckým zařízením. Nabízí se pak vytvoření vědecké podskupiny v závislosti na zaměstnanecké struktuře na ELI Beamlines.

Jsou do vašeho výzkumu v rámci programu MERIT zapojeny i zahraniční instituce?

Ano, kromě působení v hostitelské instituci vyžaduje MERIT také účast na aktivitách zahraničního ústavu, kde probíhá tzv. secondment. Tento přístup podporuje mezisektorovou spolupráci a transfer know-how.

V našem případě spolupracujeme s Queen's University Belfast v Severním Irsku, která patří mezi průkopníky v oblasti laserem urychlených protonů. V blízké budoucnosti plánujeme publikovat studii, která se zaměřuje na prvotní výsledky získané v ELI Beamlines a na srovnání specifických aspektů našeho a jejich výzkumu.

Laserem urychlené protony mohou být výhodné u léčby nádorů mozku

Jedna část vašeho výzkumu se zaměřuje na laserem poháněné protonové urychlovače (Laser-driven proton systémy). V čem spatřujete výhody těchto systémů oproti konvenční radioterapii? 

Jedná se o metodu, v rámci které jsou protony urychlené laserem. Ve srovnání s klasickým urychlovačem protonů – cyklotronem – momentálně můžeme ozařovat cílené místo v mnoha jednotlivých krátkých pulzech. Pokud se účinnost metody potvrdí, mohla by být alternativou ke standardní protonové léčbě. Takovéto laserové urychlovače mají potenciál být kompaktnější, a teoreticky i levnější, což by mělo výhodu při otevírání nových oddělení v nemocnicích. 

V čem spočívají výhody rychlého dodání protonů do postiženého místa?

Žhavým tématem v radiobiologii je v této souvislosti aktuálně tzv. FLASH effect, u kterého je jedním z hlavních parametrů vysoký dávkový příkon. V tomto případě se tak dávka dodává extrémně rychle a u experimentů in vivo se ukazuje, že léčba nádorů má stejné výsledky jako u konvenčního ozáření. V tomto případě se však vedlejší účinky na zdravou tkáň významně minimalizují. 

To představuje významnou výhodu například u léčby nádorů mozku. Tato metoda tak má šanci neohrozit kognitivní schopnosti pacienta tak jako při konvenčním ozařování. Parametry našeho protonového svazku jsou zatím daleko od možnosti sledovat FLASH effect, ale je to naším cílem do budoucnosti.

V rámci programu MERIT se zabýváte také novou metodou léčby rakoviny nazvanou Protonovou borovou záchytnou terapií (PBCT – Proton Boron Capture Therapy). Jak tato technika dokáže zvýšit účinnost protonové terapie?

Tato experimentální metoda je založena na podobném principu jako známější Boron Neutron Capture Therapy (BNCT). Protonová terapie využívá látky obsahující bor (konkrétně izotop 11B). Při ozáření bor reaguje s protonem za vzniku tří alfa částic. Tyto vysokoenergetické částice mají velice malý dosah (20 – 30 µm) a uvolní tedy veškerou svou energii přímo v nádorové buňce, což ji výrazně poškodí. Pokud je tedy bor v okolí rakovinných buněk, díky této reakci se zvyšuje šance na jejich zabití. Díky tomu by například bylo možné použít při ozařování nižší dávky a opět tak snížit riziko poškození okolních struktur.

U BNCT metody je nevýhodou složitá dostupnost neutronů a také skutečnost, že neutrony je obtížné usměrnit jen do objemu nádoru. Oproti tomu protonová terapie má výhodu v tom, že protony lze fokusovat tak, aby se zastavily přímo v postiženém místě, kde navíc předají maximum své energie (tzv. Braggův pík), takže nepoškodí zdravou tkáň za nádorem.

V jaké fázi výzkumu se aktuálně nacházíte?

Nutno podotknout, že tyto výhledy představují finální použití. Aktuálně provádíme základní výzkum. Nacházíme se ve stadiu, kdy monitorujeme rozdílné působení na úrovni buněk v různých podmínkách. Poté je možnost přejít na práci s tkáněmi a následně experimenty in vivo. Jedná se tak o dlouhou cestu.

Má výzkum potenciál zpřístupnit léčbu nádorových onemocnění?

Rozhodně by tato metoda měla mít v budoucnu pozitivní vliv na dostupnost zdravotní péče. Jedním protonovým centrem, které se nachází v Praze, disponuje Česká republika, další – Krakowskie Centrum Protonoterapii – se pak nachází v Polsku. Pokud se nemýlím, na východ už nic jiného není. Aktuálně jsou kapacity v Protonovém centru v Praze v podstatě plně obsazené, což naráží na technické i personální limity.

Má váš výzkum přesah i do dalších oblastí mimo zdravotnictví?

Můj výzkum se primárně zaměřuje na léčbu nádorových onemocnění, ale disciplína radiobiologie má přesah i do dalších oblastí, například do radiační ochrany ve vesmíru. Právě tam a v okolí Země jsou protony klíčovými částicemi, které ovlivňují lidský organismus. V této souvislosti bych rád zmínil zajímavý projekt Space Chicken kolegů z Ústavu jaderné fyziky Akademie věd ČR, jehož první ozařování bude brzy provedeno u nás na ELI Beamlines. Tento projekt se zabývá rozmnožováním ve vesmíru za konstantního záření, což je důležité nejen pro lidi, ale i pro zvířata při případné kolonizaci vesmíru. Výzkum se konkrétně zaměřuje na ozařování oplozených vajec a zkoumá, jak na ně protony působí.

Foto: Gabriela Goffová

Zdroj: Středočeské inovační centrum

Rozhovor vznikl v rámci copywritingové spolupráce, která má za cíl představit program MERIT Středočeského inovačního centra.

Pavel Bláha je především radiobiolog, ačkoli jeho práce je velmi multidisciplinární a propojuje i řadu dalších vědních oborů – od chemie přes jadernou fyziku, fyziku urychlovačů, až po fyziku laserovou. Vystudoval jadernou chemii na Fakultě jaderné a fyzikálně inženýrské ČVUT v Praze. Během své kariéry získal řadu zkušeností z laboratoří jak v České republice, tak v zahraničí. V současné době působí ve výzkumném centru ELI Beamlines (ELI ERIC) v Dolních Břežanech. Zde se v rámci programu MERIT věnuje projektu zaměřenému na laserem urychlené protony a výzkum možností zvýšení jejich účinnosti pro použití v radiační terapii.

MERIT je program Středočeského inovačního centra pro mezinárodní mobilitu vědců, který přenáší špičkové zahraniční know-how do výzkumných organizací a firem ve Středočeském kraji a posiluje mezinárodní prestiž tohoto regionu. MERIT zapojuje vědce ze 4 kontinentů do středočeského výzkumu ve strategických oblastech inovací, jako jsou biotech a biomedicína, digitalizace a AI, laserové a kosmické technologie a udržitelnost (energie a materiály). Ve dvou výzvách programu bylo vybráno 30 postdoktorandů, kteří se přihlásili s vlastním vědeckém projektem. Aktuálně polovina z nich již ve Středočeském kraji pracuje, druhá polovina nastoupí na začátku roku 2025.

Do programu MERIT je zapojeno 19 středočeských výzkumných organizací, jako jsou laserová centra ELI Beamlines a HiLASE, UCEEB ČVUT, NUDZ, Astronomický ústav AV ČR či ústavy BIOCEV. V konsorciu projektu je i dalších více než 40 partnerů, převážně technologických firem, jako je VALEO či EATON nebo zahraničních univerzit z 11 zemí světa včetně University of Washington. Program MERIT je spolufinancován prestižním grantem Evropské komise Horizont Evropa.