S sinergijo raziskovalnih disciplin do novih načinov zdravljenja

Razumevanje in zdravljenje bolezni ni več le domena medicine. Ko ta postaja vse bolj natančna in personalizirana, se povezuje z drugimi znanostmi, med drugim s fiziko, ki ima pomembno vlogo pri napredni diagnostiki, terapijah in modeliranju. Kako medicinska fizika pomaga pri obvladovanju rakavih obolenj in covida-19, smo se pogovarjali s profesorjem dr. Robertom Jerajem z univerze v Wisconsinu, ki kljub delu in življenju v ZDA ostaja tes­no povezan s slovensko znanost­jo in je tako vodja programske skupine medicinske fizike, v kateri sodelujejo strokovnjaki z Univerze v Ljubljani, Inštituta Jožef Stefan, Onkološkega inštituta in Univerzitetnega kliničnega centra Ljubljana.

Svet je še vedno ujet v pandemijo covida-19. Kaj vaša programska skupina raziskuje glede te bolezni?

Z analizo medicinskih slik ugotav­ljamo, kako huda oblika covida se je razvila pri posamezniku in kako je razširjeno vnetje pljuč. To pomeni, da analiziramo CT- ali rentgenske slike, pri čemer si pomagamo tudi z naprednimi metodami umetne inteligence. Osredotočamo se predvsem na dolgoročne posledice covida na pljučih obolelih. Trenutna opažanja kažejo, da pri tridesetih odstotkih tistih, ki so v intenzivnih enotah, in kar osemdesetih odstotkih tistih, ki so na ventilatorjih, nastanejo dolgotrajne fibrotske spremembe na pljučih (brazgotinjenje pljuč oziroma pljučnega tkiva), kar vodi v oteženo oziroma slabše delovanje organa.

Spremljamo torej tiste, ki bolezen prebolevajo, da bi potem lahko napovedovali, pri kom se lahko pojavijo kronične oblike poškodb pljuč in pri kom ne. Verjetno bo, ko bomo imeli covid pod nadzorom, največji problem to, kako je in bo bolezen vplivala na druga stanja, na druge bolez­ni. A postcovidne raziskave so šele na začetku. Sicer pa se fiziki ogromno ukvarjamo z modelskimi napovedni širjenja, pri čemer sodelujemo z epidemiologi. Veliko fizike je tudi v raziskavah fluidne dinamike, prenosa virusa skozi maske in gibanja aerosolov.

Zanimivo je, kako je covid povezal naravoslovne in družboslovne znanosti.

Vsekakor in vse to skupaj prinese ogromno znanosti, saj lahko vsak prispeva kamenček v mozaiku. Pokazalo se je, kako soodvisna je znanost, kako interdisciplinarna. Takšna pa je tudi medicinska fizika.

Kaj pravzaprav je medicinska fizika in kakšen je njen vpliv v sodobni medicini?

Gre za aplikacijo fizike v medicini na področju meritev, diagnostike, slikanja, terapije in modeliranja normalnih fizioloških in abnormalnih patoloških procesov pri boleznih, kot so rak, nevrodegenerativne bolezni ali kardiovaskularne bolezni. Medicinska fizika ima sicer več plati: ena je znanstvena disciplina, druga je medicinska fizika kot poklic – medicinski fiziki so na primer zaposleni na onkologiji pri vseh terapijah z obsevanjem –, tretja pa je industrijska, saj sodobna medicina sloni na naprednih tehnologijah.

Kako ste prišli v stik z medicinsko fiziko?

Z medicinsko fiziko sem se pobližje srečal med doktoratom, ko je naneslo, da je moja žena Marjeta dobila štipendijo v Avstraliji in sem odpotoval z njo. Disciplina me je pritegnila in me odpeljala na univerzo v Wisconsinu, ki ima največji oddelek za medicinsko fiziko na svetu. Približno četrtina vseh strokovnjakov s tega področja v ZDA se je šolala na tem oddelku. Leta 2005 smo ustanovili program medicinske fizike na ljubljanski fakulteti za matematiko in fiziko.

Kakšna je njena prihodnost?

Medicina gre v smeri personalizacije, kar se kaže v vse bolj naprednih diagnostičnih metodah. Medicinska fizika igra pri tem zelo pomembno vlogo, saj kvantificira podatke, ki jih dobimo pri posameznem bolniku. Primer: ukvarjamo se z medicinskim slikanjem in analizo, kar nam podaja prostorsko in časovno informacijo, kaj se dogaja v telesu med zdravljenjem ter kje in kako se časovno spreminja. Na področju onkologije je personalizirana ali preciznostna medicina zelo napredovala, saj nam vse bolj uspeva karakterizirati raka; lahko preverimo, ali imajo posamezniki genetske predispozicije, zakaj se je neki tip raka razvil. Razvijamo tarčne terapije, ki popravljajo le mesto napake, torej specifične metode v nasprotju z denimo kemoterapijo, ki vpliva na celotno telo.

Naša skupina se ukvarja specifično z molekularnim slikanjem (pozitronska emisijska tomografija, magnetna resonanca idr.), s čimer lahko zaznavamo molekularno heterogenost tumorjev. Med drugim smo pokazali, da je največji problem uspešnega zdrav­ljenja raka rezistenca, kar je sicer pričakovano, saj ima rak neko osnovno rezistenco na zdravljenje. Ampak pri njem je tudi problem, da se hitro prilagaja, še posebno pod pritiskom zdravil, ki zato s časom postanejo manj učinkovita. Tako vseskozi razvijamo nove metode, da identificiramo, kateri del tumorjev se odziva in na kakšen način. Tako lahko prilagajamo zdravljenje, da lokalno terapijo, kakršna je kirurgija ali radioterapija, dopolnimo s sistemsko terapijo ali obratno.

V Sloveniji sodelujemo pri raziskavah pridobljenih podatkov v presejalnem programu raka na dojki Dora. Z analizo medicinskih slik poskušamo bolje napovedovati verjetnost, ali ima neka ženska raka ali ne. Sodelujemo tudi pri več kliničnih raziskavah imuno­terapije. Lahko rečemo, da je Slovenija na področju medicinske fizike v svetovnem vrhu.

Bodo s pomočjo medicinske fizike terapije bolj natančne?

Bolj natančne in bolje izbrane. Z medicinskih slik lahko izluščimo tudi informacije, ki niso vidne na prvi pogled. Če zelo poenostavim: to je tako, kot če neko stvar gledate z mikroskopom ali brez njega. Z naprednimi analitskimi metodami, ki v zadnjem času vključujejo precej umetne inteligence, lahko pridobimo informacije, ki jih s klasičnimi metodami ne bi zaznali. Iz analiz poskušamo napovedovati, kako bo bolezen napredovala, kako se bo telo odzivalo na terapijo, s tem lažje sprejemamo klinične odločitve. Pri imunoterapijah je pomembno, da se imunski sistem aktivira ravno prav ter da se ne pojavijo nezaželeni stranski učinki.

Katera so glavna vprašanja pri zdravljenju raka?

Največje neznanke ostajajo: kako čim prej ugotoviti, da je nekdo bolan, in kako potem izbrati najboljši način zdravljenja. Med samim zdravljenjem pa, kdaj je še smiselno zdraviti na določen način in kdaj morda celo prekiniti zdravljenje.

Ena najbolj naprednih tehnologij za zdravljenje raka je protonska terapija. Nekaj let obstaja pobuda za gradnjo protonskega centra v Sloveniji.

Slovenski bolniki morajo na zdravljenje hoditi v tujino in zdaj vidimo, da odvisnost od tujine ni najboljša. Protonska terapija je primerna za relativno veliko bolnikov, ki jih lahko zdravimo z radioterapijo. Ni pa nujna za vse; pri delu bolnikov je vseeno, ali jih zdravimo s protoni ali klasično s fotoni. Fotonska terapija je fenomenalna, a še vedno nastajajo večje poškodbe normalnega tkiva kot pri dobro izvedeni protonski terapiji. To je še zlasti problematično pri otrocih, ki imajo dolgo preživetje, zato ne želimo sekundarnih rakov. Obsevanje s protoni je bolj natančno, protoni so v bistvu ostrejši nož, zato je treba biti še toliko bolj previden, kje zarežeš.
Protonski center bi bil tudi priložnost, da se Slovenija še dodatno poveže na področju napredne diagnostike in terapije. S tem bi dobila najnovejše znanje in tehnologijo za zdravljenje, hkrati pa bi bilo to jedro, na katero bi se vezala druga področja.


 

Slišali smo tudi predloge, da bi ob centru za protonsko terapijo postavili še raziskovalni center za izmenjavo idej ter načrtovanje raziskav na področju napredne diagnostike in terapije raka. Kaj bi znanost pridobila s tem centrom?

Tako bi se povezale medicinske in nemedicinske znanosti, kot so fizika, matematika, statistika, računalništvo ... V takem centru bi lahko na enem mestu pridobivali in zbirali podatke o zdravljenju onkoloških bolnikov. Trenutno je eden večjih problemov, da so podatki razpršeni in jih z napred­nimi analizami, kot so metode umetne inteligence, ne moremo učinkovito obdelati in se iz njih učiti. Pomembna je sinergija različnih raziskovalnih disciplin, to bi prineslo prej nedosegljive inovacije in novo znanje. Slovensko znanje bi se tako lahko združilo na enem mestu ter prispevalo k razvoju in implementaciji najbolj naprednih diagnostičnih in terapevtskih metod naslednje generacije.


 

Bodo medicina in povezane znanosti kdaj znale izkoreniniti raka?

Raka se da pozdraviti v začetni fazi, a lahko se vrne. V tem primeru smo ga samo ustavili in ne tudi pozdravili. Obstajajo različni preboji, denimo pri levkemiji, ki se lahko povsem pozdravi, če pravilno nadzorujejo mutacijo. Rak je bolezen evolucije, prilagaja se na zdravljenje in več zdravil, ki jih imamo, je lahko tudi slabo, saj še pospešimo njegovo prilagajanje. Osnovni cilj je, da bi postal kronična bolezen. Iščemo torej optimalne rešitve, da podaljšamo preživetje bolnikov. Po moje bomo v nekem trenutku prišli do tega, da bodo ljudje z rakom živeli kot s sladkorno boleznijo oziroma kakšno drugo kronično boleznijo, ki jo znamo nadzorovati.