thumb|Protonterapia sincrociclotron en la Clínica Mayo en Minnesota. La protonterapia, terapia de protones o terapia con protones es un tipo de radioterapia externa (RTE) que usa un haz de protones para irradiar el tejido afectado por un tumor. La principal ventaja de la terapia protónica, comparada con otras formas de radioterapia externa, es la posibilidad de localizar dosis más altas en el tumor al tiempo que se mantienen bajas las dosis de las estructuras críticas adyacentes, o bien de mantener la dosis en el tumor mientras se reducen las dosis totales de las estructuras críticas.Gonzales, A. Avances en la terapia protónica. Revista cubana de física, Vol 24. No. 2 (2007). P 176.PAGANETTI, Harald. Proton Therapy Physics. Boca Ratón: CRC Press, 2012. 651 p.
thumb|En un plan de tratamiento común para terapia protónica la línea roja representando la propagación del máximo de Bragg corresponde a la distribución de radiación. La propagación del máximo de Bragg es la suma de diferentes picos de Bragg para prístina (líneas azules) en profundidades escalonadas. la dosis de profundidad de 10MeV de haces fotónicos o rayos se expone para comparación."Proton beam therapy" W P Levin, H Kooy, J S Loeffler and T F DeLaney British Journal of Cancer (2005) 93, 849–854
Descripción thumb|Panel de control del sincrociclotron en el centro de terapia protonica de Orsay, en Francia. Un ciclotrón o un sincrotrón aceleran un haz de protones emitido por una fuente apropiada que es dirigido por medio de potentes imanes hacia el tumor. Una serie de elementos previos ajustan la energía del haz, lo dispersan lateralmente (el diámetro del haz es sólo de 1 cm y se necesitan normalmente anchuras mayores) y el haz dispersado se ajusta a la forma que mejor convenga al tumor a tratar por medio de un colimador,O. Jakel: State of the art in hadron therapy. AIP Conference Proceedings, vol. 958, no.1, 2007, pp. 70-77 Zap! You're not dead." Economist, 8 September 2007. 384 (8545):13-14 Gonzales, A. Avances en la terapia protónica. Revista cubana de fisica, Vol 24. No. 2 (2007). P 175,176 Estas partículas cargadas atacan el ADN celular, y pueden generar muerte celular o interferir en el proceso de división celular. Las células cancerígenas son más vulnerables al ataque contra su ADN porque tienen un alto nivel de división y bajo nivel de reparación de ADN dañado.
Considerando que la masa de un protón, (1,67261*10-27 kg),Serway y Jewet. Fisica II. Texto basado en calculo. 3.ª edición. Ed. Thomson. PP 10 es relativamente mayor al de otras partículas subatómicas, los protones tienden a dispersarse un poco en zonas laterales del tejido; el haz no se amplía mucho, permanece enfocado en la forma del tumor y solo disipa una mínima dosis al tejido circundante. Todos los protones de un nivel energético determinado tienen cierto alcance de radiación; muy pocos protones penetran más allá de esta distancia.Metz, James (2006-07-31). Differences Between Protons and X-rays. The Abramson Cancer Center of the University of Pennsylvania. . Retrieved 2008-02-04. the beam then stops, resulting in virtually no radiation to the tissue beyond the target- or no "exit dose" Además, la dosis que llega al tejido es máxima justo a pocos milímetros del alcance de radiación de la partícula; este máximo es conocido como el pico de Bragg.Camphausen KA, Lawrence RC. Principles of Radiation Therapy in Pazdur R, Wagman LD, Camphausen KA, Hoskins WJ (Eds) Cancer Management: A Multidisciplinary Approach. 11 ed. 2008.
Para el tratamiento de tumores más profundos, el acelerador de protones debe generar un haz con mayor energía, normalmente dada en electrovoltios (eV). Tumores próximos a la superficie corporal se tratan usando protones con menor energía. Los aceleradores usados en la terapia protónica esencialmente generan protones con energías en el rango de 70 a 250 MeV (Mega-electrovoltios: un millón de electrovoltios). A causa del ajuste de energía de los protones durante la aplicación del tratamiento, el daño celular debido al haz protónico se maximiza dentro del mismo tumor. Tejidos más próximos a la superficie corporal que el tumor reciben una radiación reducida, y por ende el daño es mucho menor. Tejidos corporales más profundos reciben pocos protones y por eso la dosis es inmensurablemente pequeña.Metz, James (2006-07-31). Differences Between Protons and X-rays. The Abramson Cancer Center of the University of Pennsylvania. . Retrieved 2008-02-04. the beam then stops, resulting in virtually no radiation to the tissue beyond the target- or no "exit dose"
En la mayoría de tratamientos, protones de diferente energía con máximos de Bragg a distintas profundidades son aplicados para tratar el tumor entero. Dichos máximos de Bragg se representan con líneas azules en la figura. La dosis total de radiación de protones se llama propagación del máximo de Bragg representado con una línea roja en la figura. Es importante entender que, mientras tejidos circundantes detrás o más profundos que el tumor no reciben radiación de la terapia protónica, el tejido circundante frente o superficial al tumor recibe una dosis de radiación basada en la propagación del máximo de Bragg.
Historia En 1946 Robert R. Wilson,Radiological Use of Fast Protons, R. R. Wilson, Radiology, 47:487-491 (1946) (diseñador del laboratorio ciclotronico de la universidad de Harvard, HCLRichard Wilson, A Brief History of the Harvard University Cyclotrons, Harvard University Press, 2004, pp 9 ), propuso por primera vez el uso de la energía protónica como un método de tratamiento efectivo. Los primeros tratamientos fueron efectuados con aceleradores de partículas construidos para investigación física, particularmente en el laboratorio de radiación de Berkeley en 1954 y en Uppsala en Suecia en 1957. En 1961, inicia una colaboración entre HCL y el hospital general Massachusetts (MGH) con el fin de ejercer la terapia protónica. Durante los próximos 41 años, este programa reforzó y expandió dicha técnica mientras se trataban a 9,116 pacientesPTCOG: Particle Therapy Co-Operative Group". Ptcog.web.psi.ch. http://ptcog.web.psi.ch/. Retrieved 2009-09-03. antes de que el ciclotrón fuera cerrado en 2002. El primer centro de terapia protónica en Europa occidental ha operado en el instituto Paul Scherrer (PSI) en Villigen, Suiza, desde 1984.PTCOG: Particle Therapy Co-Operative Group". Ptcog.web.psi.ch. http://ptcog.web.psi.ch/. Retrieved 2009-09-03. En 1990PTCOG: Particle Therapy Co-Operative Group". Ptcog.web.psi.ch. http://ptcog.web.psi.ch/. Retrieved 2009-09-03. fue construido el centro médico universitario Loma Linda (LLUMC) en Loma Linda. Posteriormente, el centro de terapia protónica Nororiental en el hospital general Massachusetts fue comprado en línea, y el programa de tratamiento HCL fue transferido a este durante 2001 y 2002.
Aplicación Existen dos tipos de tratamiento con terapia protónica. El primero es empleado en sitios patológicos que favorecen la disipación de altas dosis de radiación, por ejemplo dosis escaladas. En algunos casos la dosis escalada ha logrado una probabilidad de cura (control local) más alta que la radioterapia convencional.R. P. Levy et al, The current status and future directions of heavy charged particle therapy in medicine, AIP Journal, March 2009 Estos casos incluyen entre otros el melanoma uveal, tumores paraespinales, cerebrales y otros sarcomas, en los cuales la terapia con protones ha logrado avances significativos en la probabilidad de control local, superando a la radioterapia convencional.E. B. Hug et al: Proton radiation therapy for chordomas and chondrosarcomas of the skull base, J. Neurosurgery 91, 432-439 (1999)E. Gragoudas et al, Evidence-based estimates of outcomes in patients treated for intraocular melenoma", Arch. Ophthalmol.120, 1665-1671 (2002) J. E. Munzenrider, N. J. Liebsch, Proton radiotherapy for tumors of the skull base, Strahnlenther. Onkol. 175, 57-63 (1999)
El segundo tipo de tratamiento exige una alta precisión de la terapia protónica con el fin de reducir efectos indeseados, limitando la dosis al tejido normal. En estos casos la dosis para el tumor es la misma usada en terapia convencional, y por ende no se espera un incremento en la probabilidad de cura de la enfermedad. De hecho, el énfasis de este tipo de tratamiento está en la reducción de la dosis integral al tejido normal y disminución de efectos indeseados.R. P. Levy et al,The current status and future directions of heavy charged particle therapy in medicine, AIP Journal, March 2009 Neoplasmas pediátricos (como meduloblastoma) y cáncer de próstata son ejemplos de casos en los cuales se emplea este tipo de tratamiento. En el caso de tratamientos pediátricos existe evidencia clínica sobre la ventaja del uso de terapia protónica con reducida radiación emitida a los tejidos sanos en crecimiento y desarrollo,Gonzales, A. Avances en la terapia protónica. Revista cubana de fisica, Vol 24. No. 2 (2007). P 176. lo cual reduce el daño a largo plazo en el niño sobreviviente.W. H. St. Clair et al, Advantage of protons compared to conventional X-ray or IMRT in the treatment of a pediatric patient with medulloblastoma, Int. J. Radiat. Oncol. Biol. Phys.58, 727-734 (2004) D.g. Kirsch and N. J. Tarbell, Conformal radiaiton therapy for chilfhood CNS tumors, The Oncologist 9(4), 442-450 (2004)
En el caso de cáncer de próstata este tema no es claro. Algunos estudios publicados encuentran una reducción del daño rectal y genito-urinario a largo plazo cuando su tratamiento incluye protones y no fotones (terapia de rayos gamma o rayos x). Otros estudios exponen una pequeña diferencia y limitada a casos donde la próstata está particularmente cerca de ciertas estructuras anatómicas.J. D. Slater et al, Proton therapy for prostate cancer; the initial Loma Linda University experience, Int. J. Radiat. Oncol. Biol. Phys 59, 348-352 (2004) A. L. Zietman et al, Comparisons of conventional-dose vs high-dose conformal radiation therapy in clinically localized adenocarcinoma of the prostate: a randomized controlled trial, JAMA 294(10, 1233-1239 (2005) El mejoramiento relativamente menor podría ser consecuencia de la posición inconsistente del paciente y del movimiento orgánico interno durante el tratamiento, lo cual contrarresta el avance logrado con el aumento de precisión.A. L. Zietman et al, Comparisons of conventional-dose vs high-dose conformal radiation therapy in clinically localized adenocarcinoma of the prostate: a randomized controlled trial, JAMA 294(10, 1233-1239 (2005) R. deCrevoisier et al, Increased risk of biochemical and local failure in patients with distended rectum on the planning CT for prostate cancer radiotherapy, Int. J. Radiat. Oncol. Biol. Phys. 62(4) 965-973 (2005) Lambert et al. Intrafractional motion during proton beam scanning Phys. Med. Biol. 50 4853-4862 2005 Una fuente propone que errores del 20% en la dosis pueden ser consecuencia de fallas de 2,5 mm en el movimiento, y otras fuentes afirman que el movimiento de la próstata ocurre entre 5 y 10 mm.