¿Para qué sirve la terapia de protones? ¿Por qué es tan cara?

---

¿Qué es una máquina de terapia de protones?

Máquina de terapia de protones(Máquina de terapia de protones) es un tipo de máquina que utiliza...haz de protonesEl haz de protones es un dispositivo médico avanzado para radioterapia. Pertenece a la categoría de terapia de partículas, que ataca con precisión las células tumorales y las destruye mediante la aceleración de protones a un estado de alta energía, a la vez que maximiza la protección del tejido sano circundante.

Diagrama simplificado de la estructura protón-quark. El color de cada quark individual puede configurarse arbitrariamente, pero se deben usar tres colores diferentes y mezclarlos para obtener el blanco.

La "máquina de terapia de protones" no es una sola máquina, sino un sistema extremadamente complejo, a gran escala y sofisticado. Combina tecnologías de vanguardia de la física, la ingeniería, la informática y la medicina, y su objetivo principal es utilizar haces de protones de alta energía para destruir con precisión las células cancerosas, maximizando al mismo tiempo la protección del tejido sano circundante.

Para entender las máquinas de terapia de protones, debemos comenzar con la unidad más básica: "protón"Empecemos a hablar."

Nota: En China continental, esto se llama terapia de haz de partículas.

---

De los átomos a los protones: conceptos fundamentales de la física

Todo en el mundo está compuesto de átomos. En el centro del átomo hay un...Protón yNeutrón Composiciónnúcleo atómicoEl perímetro exterior tieneElectrón Rodeado. Un protón tiene una carga positiva de una unidad y una masa aproximadamente 1836 veces mayor que la de un electrón, lo que lo convierte en una de las principales fuentes de masa de la materia.

En aplicaciones médicas, extraemos el electrón de un átomo de hidrógeno (el átomo más simple, que contiene solo un protón y un electrón) para obtener protones con carga positiva. Estos protones, tras ser acelerados a través de un sistema complejo y sometidos a una energía extremadamente alta, se convierten en una poderosa arma contra el cáncer.

Pico Bragg: El núcleo físico de la terapia de protones

La diferencia más fundamental entre la terapia de protones y la radioterapia tradicional con fotones (rayos X) radica en la forma en que se libera la energía. Esta diferencia se explica por un fenómeno clave:Pico de Praga(Pico Bragg).

Diagrama de distribución de liberación de energía de fotones de dosis única (verde), haces de protones ajustados (azul) y haces de protones puros (rojo) en los tejidos.

• Radioterapia de fotones tradicional (rayos X o rayos gamma):
  Cuando un haz de fotones entra en el cuerpo humano, su energía disminuye gradualmente a medida que penetra más profundamente en el tejido (decaimiento exponencial). La dosis más alta suele distribuirse entre 1 y 2 centímetros por debajo de la piel. Esto significa que, para que una dosis suficiente alcance un tumor profundo, el tejido sano a lo largo del trayecto (punto de entrada) y el tejido posterior al tumor (punto de salida) recibirán una dosis considerable, causando daños y efectos secundarios innecesarios.
• Terapia de protones (haz de protones):
  Los haces de protones presentan características completamente diferentes. Las partículas de protones cargadas, al atravesar el tejido, colisionan con los electrones de los átomos, perdiendo energía gradualmente. Sin embargo, este proceso de pérdida de energía no es lineal. Durante el recorrido del haz…Al principio, la pérdida de energía es mínima y la dosis se mantiene en un nivel relativamente bajo..
  Cuando la velocidad de los protones disminuye hasta cierto punto, la probabilidad de que interactúen con la materia aumenta drásticamente.Dentro de un rango de profundidad muy estrecho, la gran mayoría de la energía se libera instantáneamente.Esto crea un pico de dosis que aumenta bruscamente y luego disminuye abruptamente; esto se conoce como el «pico de Bragg». La profundidad del pico se puede controlar con precisión ajustando la energía inicial de los protones, lo que garantiza que caiga exactamente en la ubicación del tumor.
  Después del pico, la dosis cae a cero casi instantáneamente, lo que significaEl tejido detrás del tumor casi no recibe dosis de radiación..

Pico Bragg:
El protón libera la máxima energía al final de su recorrido, después de lo cual la dosis cae bruscamente a cero y no hay "dosis saliente".

Explicación del gráfico:

1. Curva tradicional de rayos X de alta energía (haz de fotones) (línea discontinua roja):
   • característicaLa dosis es más alta cerca de la superficie de la piel y disminuye gradualmente con la profundidad después de ingresar al cuerpo.
   • defectoEl tejido sano detrás del tumor recibe una cantidad considerable de "dosis saliente" de radiación, mientras que el tejido delante del tumor recibe una dosis más alta que el tumor mismo.
2. Curva del haz de protones de energía única (línea sólida azul) – Pico Bragg:
   • característicaEl haz de protones libera una pequeña cantidad de energía en las primeras etapas de su ingreso al cuerpo humano, y libera casi toda su energía instantáneamente cuando alcanza cierta profundidad (es decir, el final de su alcance), formando un pico de dosis agudo (pico de Bragg), después del cual la dosis cae bruscamente a casi cero.
   • ventaja:Casi ninguna dosis de eyecciónEl tejido detrás del tumor está bien protegido.
   • desafíoUn solo pico sólo es adecuado para tumores muy pequeños.
3. Curva del haz de protones SOBP (línea verde continua): pico de Bragg extendido:
   • tecnologíaAl ajustar la energía del protón y superponer múltiples picos de Bragg de diferentes profundidades, se forma una plataforma de dosis alta amplia y uniforme, que es suficiente para cubrir completamente todo el volumen del tumor.
   • Aplicación clínicaEsta es la técnica utilizada en el tratamiento real. Como se muestra en la imagen, permite concentrar con precisión altas dosis en la zona del tumor (zona sombreada en verde), reduciendo significativamente el área frente al tumor y...Especialmente la parte traseraLa dosis recibida por los tejidos sanos.

---

¿Qué es un protón?

Un protón es una partícula fundamental en el núcleo atómico, con una carga positiva de una unidad (+1e), igual en magnitud pero de polaridad opuesta a la carga negativa de un electrón. La masa de un protón es de aproximadamente 1,6726 × 10⁻²⁷ kg, 1836 veces la masa de un electrón. En el núcleo atómico, los protones y los neutrones forman nucleones, estrechamente unidos por la fuerza nuclear fuerte.

Estructura y propiedades:

• Modelo de quarksSegún el Modelo Estándar de física de partículas, un protón es una partícula compuesta formada por tres quarks: dos quarks up y un quark down, unidos entre sí por la fuerte fuerza de interacción transmitida a través de los gluones.
• estabilidadEl protón es una partícula estable, y hasta la fecha no se ha observado su desintegración en experimentos. Esto podría estar relacionado con las predicciones de la Teoría de la Gran Unificación, pero aún se requiere mayor verificación.
• Propiedades electromagnéticasLos protones tienen carga positiva, por lo que están sujetos a fuerzas en campos eléctricos y magnéticos. Esta propiedad se ha aplicado en numerosos campos científicos y tecnológicos, como la terapia con haces de protones y los aceleradores de partículas.

Descubrimientos históricos:

• En 1917, Ernest Rutherford confirmó experimentalmente la existencia del protón por primera vez. Utilizó partículas alfa para bombardear el núcleo de nitrógeno y observó la liberación de núcleos de hidrógeno (es decir, protones), confirmando así que el protón era un componente fundamental del núcleo atómico.
• Después de la década de 1950, con la propuesta del modelo de quarks, se fue revelando gradualmente la estructura interna del protón.

Aplicación clínicaUn solo pico de Bragg es muy nítido y solo puede cubrir una pequeña área del tumor. Por lo tanto, en el tratamiento real, los técnicos apilan haces de protones de diferentes energías para formar un pico de Bragg extendido (SOBP), que puede cubrir completamente el volumen tumoral, manteniendo la gran ventaja de una baja dosis de entrada y una dosis de salida casi nula.

---

¿Por qué son tan importantes los protones?

La importancia del protón proviene de sus propiedades físicas únicas y su amplia gama de aplicaciones potenciales:

Revolución médica:

• La terapia de protones ofrece a los pacientes con cáncer una opción de tratamiento de alta precisión con bajos efectos secundarios, y es especialmente eficaz en niños y tumores en órganos sensibles. Los datos clínicos demuestran que la terapia de protones puede reducir el daño a los tejidos circundantes en más de 301 TP3T.

La cosmología y la base de la vida:

• Los protones son el principal componente de la materia bariónica del universo. La materia visible por encima de 901 TP3T en el universo está compuesta de protones. Son el combustible para la fusión nuclear en estrellas (como el Sol) y también la base de elementos como el hidrógeno, el carbono y el nitrógeno en los organismos vivos.
• La acidez o alcalinidad de las moléculas de agua (H₂O) y de los compuestos orgánicos están relacionadas con la migración de protones (según lo define el pH).

La fuerza motriz de la ciencia y la tecnología:

• La investigación sobre protones ha impulsado el desarrollo de importantes instalaciones científicas y tecnológicas, como aceleradores de partículas y reactores nucleares, y ha promovido el desarrollo de la física moderna.
• En medicina, la terapia de protones representa la vanguardia de la radioterapia, brindando a los pacientes con cáncer una opción más efectiva.

Clave para la energía y el medio ambiente:

• Si se comercializa la energía de fusión nuclear, resolverá por completo la crisis energética humana, y los protones son el núcleo de este proceso.
• La tecnología de celdas de combustible de membrana de intercambio de protones ayuda a reducir las emisiones de gases de efecto invernadero y promueve el logro de los objetivos de neutralidad de carbono.

---

Desarrollo histórico

El concepto de la terapia de protones no es nuevo. Su desarrollo se describe a continuación:

Desde principios del siglo XXICon la maduración de la tecnología (en particular, la adopción generalizada de la tecnología de escaneo con haz de pluma) y una reevaluación de la rentabilidad, se ha producido un auge global en la construcción de centros de terapia de protones. En 2023, operaban más de 100 centros de terapia de protones en todo el mundo, principalmente ubicados en Estados Unidos, Japón, Europa y China. Taiwán también cuenta actualmente con varios centros médicos equipados con instalaciones de terapia de protones.

1946:físicoRobert R. Wilson En primer lugar, se propuso el potencial de los haces de protones en aplicaciones médicas y se destacaron las características superiores del pico de Bragg.

1954El Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley de la Universidad de California realizó la primera terapia de protones del mundo para suprimir la función pituitaria y tratar el cáncer de mama metastásico.

Década de 1960-1980El tratamiento se centra principalmente enAcelerador en el laboratorio de físicaEl procedimiento se realiza en la parte superior del ojo, apuntando principalmente a lesiones benignas cerca de órganos críticos (como malformaciones arteriovenosas, tumores pituitarios, etc.) y cánceres oculares de pequeña escala (como el melanoma).

1990:EE.UUCentro Médico de la Universidad de Loma Linda TerminadoEl primer hospital del mundo dedicadoLa creación del centro de terapia de protones marca la entrada oficial de la terapia de protones desde el laboratorio a los hospitales clínicos.

---

Un hito significativo en el desarrollo de la terapia de protones

período de tiempo	Hitos importantes
1946	Robert Wilson propuso por primera vez la idea de utilizar las características del pico de Bragg de los haces de protones para radioterapia en la revista Radiology.
1954	El Laboratorio de Radiación de la Universidad de California, Berkeley (LBNL) realizó la primera aplicación clínica del mundo de la terapia de protones, irradiando la glándula pituitaria de una paciente con cáncer de mama avanzado.
1961	El Laboratorio de Ciclotrones de Harvard (HCL) comenzó a tratar casos similares a los de Berkeley y se convirtió en un importante centro de investigación en terapia de protones en las décadas siguientes.
década de 1970	Japón (Instituto Nacional de Ciencias Radiológicas, NIRS) y la Unión Soviética (Instituto Conjunto de Dubna para Investigación Nuclear) iniciaron sucesivamente investigaciones clínicas sobre la terapia de protones.
1988	La Administración de Alimentos y Medicamentos de Estados Unidos (FDA) ha aprobado la terapia de protones como tratamiento médico.
1990	El Centro Médico de la Universidad de Loma Linda (LLUMC) en Estados Unidos ha abierto el primer centro de terapia de protones del mundo dentro de un hospital, lo que marca la transición de la terapia de protones del laboratorio al entorno hospitalario.
década de 2000	Escaneo con haz de lápizLa tecnología es madura y ampliamente utilizada, lo que permite la terapia de protones de intensidad modulada, lo que mejora considerablemente la precisión del tratamiento. Sus indicaciones se han ampliado para incluir el cáncer de próstata, los tumores infantiles y otros.
Década de 2010 hasta la actualidad	Máquina compacta de terapia de protonesLa aparición de sistemas como la terapia de protones en salas individuales ha reducido significativamente los costos de construcción y los requisitos de espacio. El número de centros de terapia de protones en todo el mundo ha crecido rápidamente, superando los 100.

---

¿Por qué es necesaria la terapia de protones?

La razón fundamental detrás de invertir recursos tan masivos en el desarrollo de la terapia de protones es que esperamos superar las limitaciones inherentes de la radioterapia tradicional y alcanzar un índice terapéutico más alto, es decir, maximizar la probabilidad de control del tumor (TCP) mientras minimizamos la probabilidad de complicación del tejido normal (NTCP).

Desafíos y limitaciones de la radioterapia tradicional

La radioterapia fotónica tradicional (como la radioterapia de intensidad modulada (IMRT) y la radioterapia volumétrica modulada por arco (VMAT)) es técnicamente muy avanzada, pero sus características físicas indican que tiene algunos inconvenientes inevitables:

1. Dosis de ingestión altaPara tratar tumores profundos es necesario someter la piel y los tejidos superficiales a dosis elevadas, lo que puede provocar dermatitis, dolor, fibrosis, etc.
2. Dosis de exportaciónLos fotones pueden penetrar el cuerpo humano, y el tejido sano detrás del tumor inevitablemente será irradiado. Esto es particularmente problemático al tratar zonas con órganos vitales, como la cabeza y el cuello, la cavidad torácica y la pelvis.
3. Dosis alta integradaDebido a que la dosis se libera a lo largo del camino, todo el cuerpo la recibe...Dosis total de radiaciónLa dosis integral es relativamente alta. Aunque la dosis en un solo punto no es alta, la irradiación de baja dosis en áreas extensas puede aumentar el riesgo de cánceres secundarios a largo plazo, especialmente en niños y pacientes jóvenes.
4. No existe cura para ciertos tumores.Algunos tumores se localizan cerca de órganos críticos extremadamente sensibles a la radiación (como el tronco encefálico, el nervio óptico, la médula espinal y el corazón). La radioterapia tradicional no puede evitar eficazmente estos tejidos, lo que impide administrar una dosis radical al tumor.

---

Tratamiento adecuado de las enfermedades

---

Ventajas físicas y biológicas de la terapia de protones

La aparición de la terapia de protones fue precisamente para abordar los desafíos mencionados anteriormente:

1. Distribución de dosis superior (ventaja física):
   Aprovechando las características del pico de Bragg, la terapia de protones puede lograr una "conformación perfecta" (excelente conformación) a la forma del tumor colocando la región de alta dosis, y así:
   • Reducir significativamente la dosis de entradaEl tejido normal a lo largo del recorrido sufre menos daños.
   • Dosis de salida casi nulaEl tejido detrás del tumor está casi perfectamente protegido.
   • Reducir significativamente la dosis total integradaPor lo general, puede reducir la dosis total de radiación en un 50-60 % en comparación con la radioterapia de fotones más avanzada.
2. Aumento de dosis permisible (ventajas clínicas):
   Debido a que el tejido normal circundante está mejor protegido, el médicoEs posible aumentar de forma segura la dosis de radiación al tumor.Esto es crucial para algunos tumores menos sensibles a la radiación. Dosis más altas implican mayores tasas de destrucción tumoral y de control local.
3. Reducir los efectos secundarios a corto y largo plazo (beneficio para el paciente):
   Una mejor distribución de la dosis se traduce directamente en una reducción de los efectos secundarios. Los pacientes suelen experimentar reacciones agudas más leves durante el tratamiento (como mucositis, reacciones cutáneas, náuseas y fatiga), lo que se traduce en una mejor calidad de vida. Y lo que es más importante, reduce significativamente algunas secuelas irreversibles a largo plazo, como:
   • niñoTiene un menor impacto en el desarrollo de tejidos y órganos (como el cerebro, los huesos y las glándulas) y la función cognitiva, lo que reduce significativamente el riesgo de retraso del crecimiento, trastornos endocrinos y déficits neurocognitivos. Al mismo tiempo, reduce considerablemente el riesgo de desarrollar un segundo cáncer primario inducido por la radiación.
   • Todos los pacientesPuede proteger órganos vitales, como reducir el daño al corazón causado por la radioterapia para el cáncer de pulmón, y reducir síntomas como sequedad de boca, dificultad para tragar y pérdida de audición causados por la radioterapia para el cáncer de cabeza y cuello.
4. Pioneros en nuevas áreas de tratamiento:
   Para algunos tumores que anteriormente se consideraban zonas de exclusión radiológica o que presentaban malos resultados terapéuticos, la terapia de protones ofrece nuevas opciones terapéuticas. Por ejemplo, el cáncer de hígado, el cáncer de pulmón de localización central, el cáncer ocular cerca del nervio óptico y los sarcomas paravertebrales ahora pueden tratarse con terapia de protones y tienen mayores probabilidades de curación.

---

Composición del sistema de la máquina de terapia de protones

Un sistema completo de terapia de protones consta principalmente de los siguientes componentes principales:

1. Fuente de iones:
   Este es el punto de partida de todo el sistema. Generalmente comienza con gas hidrógeno, que se ioniza mediante un campo eléctrico o microondas para producir iones de hidrógeno con carga positiva (es decir, protones).
2. Acelerador de partículas:
   Este es el núcleo del sistema, responsable de acelerar los protones a aproximadamente 601 TP3T (requiriendo aproximadamente entre 70 y 250 MeV) de energía (la velocidad de la luz). La gran mayoría de los centros modernos de terapia de protones utilizan este sistema.Ciclotrón oSincrotrón.
   • ciclotrónTiene un tamaño relativamente compacto y puede generar un haz de protones continuo y estable. Sus ventajas son su funcionamiento estable y su mantenimiento relativamente sencillo.
   • SincrotrónSuele tener mayor volumen, acelera protones en "grupos" y puede generar de forma más flexible haces de protones de diferentes energías, pero el sistema es más complejo.
3. Sistema de selección de energía (ESS)(Se utiliza principalmente en ciclotrones):
   Los protones producidos por el ciclotrón tienen una energía fija. Para tratar tumores a diferentes profundidades, se requiere un sistema de selección de energía compuesto por materiales en forma de cuña para reducir la energía del protón y así controlar con precisión la profundidad del pico de Bragg.
4. Sistema de transporte de vigas:
   Se trata de una red de tubos en un entorno de alto vacío, compuesta por electroimanes (imanes deflectores e imanes cuadrupolos). Actúa como una "autopista", guiando con precisión los haces de protones desde el acelerador hasta las distintas salas de tratamiento.
5. Sala de tratamiento y sistema de suministro de haz:
   El haz de protones se utiliza en última instancia en pacientes. Consiste principalmente en dos técnicas:
   • DispersiónEsta técnica utiliza una lámina de dispersión para dispersar un haz estrecho de protones, expandiéndolo en un haz más amplio para cubrir el tumor. Es una técnica anterior y más sencilla, pero produce mayor contaminación neutrónica y ofrece una protección ligeramente menor al tejido sano circundante en comparación con los métodos de escaneo.
   • ExploraciónEsta es la tecnología dominante hoy en día, especialmenteEscaneo de haz de lápiz (PBS)El haz de protones se mantiene en una forma extremadamente fina, como la de una "punta de bolígrafo", y se dirige hacia el área objetivo del tumor mediante un campo magnético controlado con precisión.Escaneo capa por capa de matriz de puntos(Primero muévase hacia la izquierda y la derecha, luego hacia arriba y hacia abajo, y finalmente ajuste la energía para cambiar la profundidad). La tecnología PBS puede lograr esto.Terapia de protones de intensidad modulada (IMPT)Esto significa que no solo puede controlar la distribución de la dosis en un espacio tridimensional, sino también administrar diferentes dosis a distintas zonas dentro del mismo tumor. Esta es la forma más avanzada y precisa de radioterapia, y podría describirse como radioterapia de "esculpido".
6. Radioterapia guiada por imágenes (IGRT):
   La camilla de tratamiento está equipada con un sistema de tomografía computarizada (TC) o rayos X de alta precisión. Antes de cada tratamiento, se realiza una exploración en tiempo real y se compara con las imágenes del plan de tratamiento. A continuación, se ajusta la posición del paciente para garantizar que el haz de protones se dirija con precisión al tumor, con un margen de error de milímetros. Esta es la clave para lograr un tratamiento preciso.
7. Sistema de planificación del tratamiento (TPS):
   Se trata de un potente sistema informático. Médicos y físicos introducen los datos de tomografía computarizada, resonancia magnética y otras imágenes del paciente para delinear conjuntamente la extensión del tumor y los órganos vitales que necesitan protección. El físico utiliza algoritmos complejos para calcular la energía, el ángulo y la trayectoria de escaneo óptimos del haz de protones y generar un plan de tratamiento altamente personalizado.
8. Sistemas de control y seguridad:
   Toda la instalación está monitorizada por una sala de control central para garantizar la precisión de todos los parámetros y está equipada con múltiples dispositivos de bloqueo de seguridad para garantizar la absoluta seguridad de los pacientes y el personal.

---

¿Por qué es tan cara la terapia de protones?

La terapia de protones es extremadamente costosa (un solo tratamiento cuesta varios miles de dólares estadounidenses y un tratamiento completo puede costar entre 100.000 y 500.000 dólares), principalmente por las siguientes razones:

1. Altos costos de equipo:
   Las máquinas de terapia de protones utilizan tecnología de vanguardia en física de partículas, y los costos de fabricación e instalación del acelerador, el sistema de administración del haz y el pórtico giratorio son extremadamente altos (aproximadamente entre 80 y 200 millones de dólares por unidad). En cambio, los equipos de radioterapia tradicionales (como los aceleradores lineales) cuestan tan solo entre 2 y 5 millones de dólares.
2. Costos de infraestructura y mantenimiento:
   Los centros de terapia de protones requieren edificios especializados (como capas de protección contra la radiación) y el mantenimiento de rutina requiere un equipo de físicos e ingenieros profesionales, con costos de mantenimiento anuales que alcanzan millones de dólares.
3. Requisitos de tecnología y recursos humanos:
   La planificación del tratamiento requiere un equipo multidisciplinario (oncólogos radioterapeutas, físicos médicos, dosímetros, etc.), y la tecnología de modulación del haz de protones es compleja y los costos de capacitación son elevados.
4. Costos de investigación y desarrollo y certificación:
   La investigación y el desarrollo de nuevas tecnologías (como el escaneo con haz de lápiz) requieren enormes inversiones, y los estrictos procesos de aprobación regulatoria médica en varios países aumentan aún más los costos.
5. Tamaño de mercado limitado:
   En 2023, solo había unos 100 centros de terapia de protones en todo el mundo, que carecían de economías de escala y no podían distribuir los costos.

Comparación de costos de distintos tipos de radioterapia (tomando como ejemplo Estados Unidos)

Tipo de tratamiento	Costo por sesión de tratamiento (USD)	Costo del tratamiento completo (USD)
Radioterapia de fotones tradicional	$500 – $1,000	$10,000 – $30,000
Terapia de protones	$1,000 – $2,500	$30,000 – $150,000
Terapia de iones pesados (iones de carbono)	$1,500 – $3,000	$50,000 – $200,000

Nota:

1. La diferencia de costo es enormeLos costos reales varían considerablemente según el país, la región, la institución médica, el tipo de tumor, la duración del tratamiento y la póliza de seguro. Esta tabla ofrece un rango general.
2. Curso de tratamiento completoGeneralmente se refiere a un ciclo de tratamiento completo, que puede durar varias semanas e implicar entre 20 y 40 tratamientos.
3. Estructura de costosEl costo incluye no solo el tratamiento en sí, sino también los costos de planificación previa al tratamiento (como simulación de TC y planificación de dosis) y la navegación de imágenes durante el tratamiento.
4. Terapia de iones de carbonoPertenece a la terapia de iones pesados, más avanzada que la terapia de protones. Tiene costos de construcción y operación extremadamente altos, y hay aún menos centros en todo el mundo, por lo que su costo suele ser el más alto.

La terapia de protones se utiliza principalmente para el tratamiento del cáncer y es especialmente adecuada para las siguientes situaciones:

Control local de tumores sólidos:

• Tumores del sistema nervioso centralEn el caso de enfermedades como gliomas, cordomas y adenomas hipofisarios, los rayos de protones pueden evitar dañar los tejidos nerviosos sensibles.
• Tumores de cabeza y cuelloReduce el daño a las glándulas salivales, el nervio óptico y el tronco encefálico, y disminuye el riesgo de xerostomía y pérdida de visión.
• Oncología infantilLos tejidos de los niños son sensibles a la radiación y la terapia de protones puede reducir los efectos secundarios a largo plazo, como el retraso del crecimiento y los cánceres secundarios.
• Cáncer de próstataLa irradiación precisa de la próstata protege el recto y la vejiga, reduciendo el riesgo de incontinencia urinaria y disfunción sexual.
• tumor ocular(por ejemplo, melanoma coroideo): los rayos de protones pueden apuntar con precisión a la parte posterior del globo ocular, evitando su extirpación.

Reirradiación de tumores recurrentes:
Para los pacientes que han recaído después de recibir radioterapia convencional, la terapia de protones puede reorientar el tumor y evitar dañar el tejido sano.

Tumores cerca de órganos críticos:
En el caso de tumores como los que se encuentran cerca de la columna vertebral, el cáncer de hígado y el cáncer de pulmón, los rayos de protones pueden evitar estructuras importantes como el corazón, los pulmones y la médula espinal.

Distribución mundial de las indicaciones de la terapia de protones (datos de 2023)

Indicaciones	Porcentaje (%)
Cáncer de próstata	25%
Tumores de cabeza y cuello	20%
Tumores del sistema nervioso central	18%
Oncología infantil	15%
cáncer de pulmón	10%
Otros (como cáncer de hígado, etc.)	12%

---

¿Tiene alguna desventaja?

A pesar de sus incomparables ventajas físicas, la terapia de protones no es en absoluto una panacea. Presenta una serie de inconvenientes, limitaciones y desafíos importantes. Es fundamental comprender claramente sus desventajas al considerar la terapia de protones.

El coste económico es extremadamente alto.

Éste es el inconveniente más significativo y directo de la terapia de protones.

• Costos de construcciónConstruir un centro de terapia de protones es una tarea enorme. El costo de adquirir el equipo por sí solo puede alcanzar decenas o incluso cientos de millones de dólares estadounidenses. Si se suman los costos de los edificios dedicados, el blindaje, la instalación y la puesta en marcha, la inversión total puede alcanzar fácilmente miles de millones de nuevos dólares taiwaneses. Esto está muy por encima del alcance de las instituciones médicas convencionales.
• Costos de operación y mantenimientoEl sistema consume una gran cantidad de energía y requiere un gran equipo profesional (físicos médicos, ingenieros, técnicos y médicos) para su mantenimiento. Los costos diarios de mantenimiento y reemplazo de piezas son extremadamente altos.
• Costos del tratamientoLos altos costos se repercutirán finalmente en los gastos del tratamiento. El costo de un tratamiento de terapia de protones suele ser [cantidad faltante] veces mayor que el de la radioterapia fotónica avanzada tradicional (como la IMRT).2 a 3 veces o incluso másEsto supone una pesada carga para los pacientes individuales, el sistema de seguros y los recursos de asistencia sanitaria social.

Esto plantea una profunda cuestión de ética y economía médica: ¿una inversión tan grande aporta beneficios clínicos adicionales que se corresponden con el coste? Esto debe verificarse mediante más estudios de análisis coste-efectividad.

Complejidad tecnológica e incertidumbre

1. Más sensible al movimiento de los órganos y a los errores de configuración.:
   La distribución de dosis de un haz de protones es muy pronunciada, lo cual es a la vez una ventaja y una desventaja. Si el tumor...respirar(como cáncer de pulmón, cáncer de hígado)Peristalsis intestinaloPlenitud de vejigaDebido a los cambios y al desplazamiento, el área de dosis alta cuidadosamente calculada originalmente puede desviarse del tumor y, al mismo tiempo, puede irradiar accidentalmente el tejido sano que se encuentra junto a ella.
   Por lo tanto, la terapia de protones es eficaz paraNavegación basada en imágenes (IGRT) yGestión deportivaLos requisitos para técnicas como la sincronización y el seguimiento respiratorio son mucho mayores que los de la terapia de fotones. Cualquier pequeño error podría provocar el fracaso del tratamiento o efectos secundarios graves.
2. Incertidumbre de rango:
   Esto presenta un desafío físico único en la terapia de protones. El cálculo de la distancia que recorre un protón dentro del tejido (rango) se basa en una estimación de la densidad tisular, convertida a partir de las tomografías computarizadas de planificación del tratamiento, en potencia de frenado relativa. Sin embargo, esta conversión está sujeta a errores. Además, la cantidad de protones en el cuerpo del paciente durante el tratamiento...cambios anatómicos(Por ejemplo, pérdida de peso, reducción o agrandamiento de un tumor, edema o atrofia tisular) pueden cambiar la densidad del tejido, afectando así el rango real de protones.
   Si el alcance real de los protones es mayor que el previsto, el pico de Bragg se retrasará respecto al alcance esperado, dañando órganos críticos detrás del tumor; si el alcance es menor, la dosis detrás del tumor podría ser insuficiente. Los físicos deben prever un margen de seguridad para esta incertidumbre en la planificación, lo que, en cierta medida, reduce la ventaja de precisión de la terapia de protones.

El tamaño y la accesibilidad del equipo.

• Gran superficieUn solo ciclotrón o sincrotrón puede pesar cientos de toneladas, lo que requiere enormes salas de tratamiento y espacios blindados. El gran tamaño del centro impide su adopción generalizada.
• Baja accesibilidadDebido a las limitaciones de costo y escala, el número de centros de terapia de protones es limitado, generalmente solo unos pocos en un solo país o región. Esto significa que la mayoría de los pacientes deben viajar largas distancias o incluso a nivel internacional para recibir tratamiento, lo que implica tiempo adicional, costos financieros y cargas físicas y mentales.

La acumulación de evidencia clínica todavía requiere tiempo.

Si bien las ventajas físicas de la terapia de protones son innegables, su efecto final...Resultados clínicos(Efectos como la tasa de supervivencia a largo plazo y el grado de mejora en la calidad de vida) deben confirmarse mediante ensayos controlados aleatorios (ECA) a gran escala y a largo plazo.

• Falta de evidencia de nivel 1En comparación con la radioterapia de fotones, con décadas de experiencia acumulada, la terapia de protones aún carece del máximo nivel de evidencia científica para ciertos tipos de cáncer. Gran parte de los datos que respaldan sus ventajas provienen de estudios retrospectivos o de un solo grupo.
• Investigación en cursoActualmente, numerosos ensayos clínicos en todo el mundo comparan los efectos de la terapia de protones y la de fotones. Si bien muchos resultados muestran que los protones tienen una ventaja significativa en la reducción de los efectos secundarios, la evidencia sobre la mejora de la supervivencia general no es tan concluyente como la de la ventaja física. Esta es también una de las razones por las que las compañías de seguros a veces se niegan a cubrir los gastos.

No aplicable a todos los tipos de cáncer

La terapia de protones no es la mejor opción para todos los tipos de cáncer.

• Eficacia limitada contra el cáncer metastásico generalizadoEn el caso del cáncer avanzado con metástasis en múltiples localizaciones del cuerpo, el tratamiento consiste principalmente en medicamentos sistémicos (quimioterapia, terapia dirigida, inmunoterapia), y la radioterapia local se utiliza solo como cuidados paliativos. En estos casos, el uso de una terapia de protones tan costosa y compleja es innecesario; la radioterapia convencional es suficiente.
• Preocupaciones sobre ciertos tumores altamente invasivosEn el caso de tumores con bordes extremadamente indistintos y alta invasividad, la propiedad de reducción brusca de la dosis de los haces de protones puede llegar a ser una desventaja, ya que no puede garantizar la cobertura de todas las microlesiones potenciales.

Problema de contaminación neutrónica (relacionado principalmente con métodos de dispersión)

En adopciónTecnología de dispersiónEn la terapia de protones, los protones chocan con dispositivos como láminas dispersoras para producir...neutrónLos neutrones son partículas sin carga con un fuerte poder de penetración, capaces de causar exposición a bajas dosis de radiación en todo el cuerpo. En teoría, esto podría aumentar ligeramente el riesgo de que un paciente desarrolle un segundo cáncer primario en el futuro. Sin embargo:

• Tecnología de escaneo de haz de punta (PBS)La contaminación neutrónica se ha reducido significativamente porque se elimina la lámina dispersante.
• Aun así, queda por analizar si los riesgos del PBS son mayores o menores en comparación con los riesgos de cáncer secundario asociados a la radioterapia tradicional, pero en general se cree que los riesgos de la tecnología PBS son extremadamente bajos.

En resumen, las desventajas de la terapia de protones residen principalmente en su elevado coste, sus exigentes requisitos técnicos y la evidencia clínica aún en desarrollo. Es una herramienta potente que requiere un uso cuidadoso, y un equipo multidisciplinario experimentado debe seleccionar rigurosamente a los pacientes adecuados.

---

¿Hay algún beneficio?

A pesar de los desafíos mencionados, los beneficios de la terapia de protones son revolucionarios y, en muchas situaciones clínicas específicas, sus ventajas superan con creces sus desventajas. Estos beneficios no solo se reflejan en datos físicos, sino que también se traducen en mejoras tangibles en la supervivencia y la calidad de vida de los pacientes.

Ventajas dosimétricas incomparables: la piedra angular de los impactos de precisión

Como se mencionó anteriormente, el efecto pico de Bragg permite que la terapia de protones alcance distribuciones de dosis actualmente inalcanzables con cualquier tecnología fotónica. Esta capacidad de "apuntar con precisión y detener el tratamiento de inmediato" es la base de todos los beneficios clínicos posteriores. Puede envolver perfectamente tumores de forma irregular con una curva de dosis alta, a la vez que reduce la dosis a los órganos críticos cercanos a niveles extremadamente bajos.

Reduce significativamente los efectos secundarios y mejora la calidad de vida.

Este es el beneficio que los pacientes pueden experimentar directamente. Al estar mejor protegidos los tejidos normales circundantes, la toxicidad del tratamiento se reduce significativamente.

• Cáncer de cabeza y cuello:
  • Protege eficazmente las glándulas salivales.Reduce significativamente la sequedad bucal severaIncidencia y gravedad de la sequedad bucal. La sequedad bucal no solo es incómoda, sino que también puede provocar dificultad para masticar y tragar, problemas del habla, desnutrición y caries dental grave. La terapia de protones puede mejorar significativamente el estado psicosomático a largo plazo de los pacientes después del tratamiento.
  • Protege las papilas gustativas, los órganos auditivos y los músculos de la deglución, reduciendo el riesgo de pérdida del gusto, pérdida de audición y dificultad para tragar.
• Cánceres de la cavidad torácica (cáncer de pulmón, cáncer de esófago, tumores mediastínicos):
  • Protege el corazón y las arterias coronariasReduce el riesgo a largo plazo de enfermedades cardíacas inducidas por radiación (como pericarditis, fibrosis miocárdica y enfermedad de las arterias coronarias).
  • Protege tus pulmonesReduce significativamente el volumen y la dosis de radiación al tejido pulmonar sano.Reduce significativamente la neumonitis por radiación.La incidencia y la gravedad de la enfermedad son cruciales para los pacientes con función pulmonar preexistente deficiente (como cáncer de pulmón combinado con EPOC) para que puedan completar con éxito la radioterapia.
  • Proteger el esófagoReduce el dolor intenso y la dificultad para tragar causados por la esofagitis por radiación.
• Cáncer pélvico (cáncer de próstata, cáncer de recto, cáncer de cuello uterino):
  • Proteger la vejiga y el rectoPuede reducir la aparición de cistitis y proctitis por radiación y evitar problemas como hematuria, hematoquecia, tenesmo e incontinencia.
  • Nervios y vasos sanguíneos relacionados con la función protectoraPara los pacientes con cáncer de próstata, ayuda a preservar mejor la función sexual.
• Síntomas sistémicosDebido a la baja dosis total integrada, el paciente experimenta...Fatiga, náuseas y otras reacciones sistémicas.Por lo general también son más ligeros.

Mejorar la tasa de control de tumores y el potencial de curación

1. aumento de la dosis:
   Para algunos tumores en los que la radioterapia convencional no puede administrar la dosis suficiente debido a las limitaciones de dosis impuestas por los órganos circundantes, la terapia de protones ofrece la posibilidad de aumentar la dosis. Por ejemplo:
   • Cordoma, condrosarcomaEstos tipos de tumores, resistentes a la radioterapia convencional, se localizan en la base del cráneo o junto a la columna vertebral, cerca de la médula espinal y el tronco encefálico. La terapia de protones permite la administración segura de dosis más altas, lo que mejora significativamente las tasas de control local y la probabilidad de curación.
   • cáncer de hígadoLa terapia de protones puede proporcionar irradiación de alta dosis y alta precisión a los tumores hepáticos (similar a la resección quirúrgica) al tiempo que protege suficiente tejido hepático sano, beneficiando así a los pacientes con una compensación deficiente de la función hepática.
   • Cáncer de pulmón localmente avanzadoSe podrían probar dosis más altas para superar la resistencia tumoral.
2. Potencial sinérgico cuando se utiliza en combinación con otros tratamientos:
   La terapia de protones puede combinarse con quimioterapia, inmunoterapia y otros tratamientos. Gracias a sus menores efectos secundarios, los pacientes tienen mayor probabilidad de tolerar la terapia combinada y no necesitarán interrumpir ni reducir la quimioterapia debido a la toxicidad excesiva de la radioterapia, lo que podría lograr un efecto sinérgico de "1+1>2". Especialmente cuando se usa en combinación con inmunoterapia, la reducción del daño innecesario a las células inmunitarias (linfocitos) puede ser más útil para activar una respuesta inmunitaria sistémica.

---

Ocupa un lugar irreemplazable en el tratamiento del cáncer infantil.

• Los tejidos en desarrollo son extremadamente sensibles a la radiación.Los órganos y tejidos de los niños se encuentran en un período de rápido crecimiento y desarrollo. Los daños causados por la radiación pueden provocar graves secuelas a largo plazo, como malformaciones del desarrollo, retraso del crecimiento, deterioro intelectual y cognitivo, y trastornos endocrinos (como retraso en el crecimiento e infertilidad).
• Alto riesgo de cánceres secundariosLos niños tienen una mayor supervivencia y una división celular más activa, lo que aumenta considerablemente su riesgo de desarrollar un segundo cáncer primario inducido por la radiación en comparación con los adultos. La terapia de protones, al reducir significativamente la dosis total integrada, puede reducir considerablemente este riesgo, garantizando así su salud a lo largo de su vida.
• Aplicaciones típicasPara los tumores intracraneales (como el meduloblastoma, el ependimoma, el glioma de bajo grado), los sarcomas de cabeza y cuello, el neuroblastoma, etc., la terapia de protones se ha convertido en una opción de tratamiento estándar en los principales centros de cáncer pediátrico del mundo, en busca del futuro más normal posible para los niños.

---

Tratamiento de tumores que antes eran difíciles de tratar

Para los tumores ubicados cerca de la "zona prohibida" para la cirugía y la radiación, la terapia de protones ofrece una nueva esperanza:

• Tumores de la base del cráneoEstá estrechamente unido al tronco encefálico, al quiasma óptico, al hipocampo, etc.
• Tumor intraorbitarioPor ejemplo, en casos de melanoma uveal, la terapia de protones puede curar el tumor preservando el globo ocular.
• Tumores paravertebrales e intraespinalesEl tratamiento debe realizarse evitando el riesgo de parálisis.
• Cáncer de pulmón centralEstá estrechamente unido a la tráquea, a los vasos sanguíneos principales y al corazón.

Beneficios potenciales de la eficiencia socioeconómica

Aunque el tratamiento en sí es costoso, puede tener beneficios socioeconómicos a largo plazo.

• Reducir el coste del tratamiento de complicacionesLos costos médicos derivados del tratamiento de daños graves por radiación (como cardiopatías o cáncer secundario) después del tratamiento son extremadamente altos. La terapia de protones reduce estos problemas a largo plazo desde su origen, lo que podría reducir los gastos médicos totales de por vida del paciente.
• Mantener la productividadLos pacientes experimentan efectos secundarios más leves y pueden volver a la vida normal y al trabajo más rápidamente, lo que reduce la pérdida de productividad social.

---

Terapia de protones vs. terapia de fotones convencional: una comparación de indicadores clave

Indicadores de comparación	Terapia de fotones tradicional	Terapia de protones
Precisión de la distribución de dosis	Moderado (desbordamiento significativo de dosis)	Alto (con características de pico de Bragg)
Volumen de tejido sano expuesto a la radiación	Más grande	Reducir 30-60%
Riesgos de efectos secundarios a largo plazo en los niños	Más alto	Reducido significativamente
Tiempo de tratamiento único	10-20 minutos	15-30 minutos
Costos del tratamiento	Relativamente bajo	alto

Fuente de datos:El Consorcio de Terapia de Partículas (PTCOG), la Sociedad Estadounidense de Oncología Clínica (ASCO) y Nature Reviews Clinical Oncology.
NotaLa información anterior se basa en el último consenso médico de 2023. Los planes de tratamiento específicos deben ser evaluados por un equipo médico profesional.

---

Otras aplicaciones

Los protones tienen una amplia gama de aplicaciones, que abarcan campos como la ciencia básica, la medicina, la energía y la industria. A continuación, se presentan algunas de sus principales aplicaciones:

1. Investigación científica básica:

• Física de partículasComo partícula fundamental, el protón es una herramienta importante para estudiar la estructura de la materia y el origen del universo. Por ejemplo, el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) utiliza colisiones de protones para explorar fenómenos desconocidos como el bosón de Higgs y la materia oscura.
• física nuclearLos haces de protones se utilizan para estudiar los mecanismos de reacción de los núcleos atómicos, como la fusión nuclear y la fisión nuclear.

2.Sector energético:

• Energía de fusión nuclearLos protones son participantes clave en las reacciones de fusión nuclear (como la fusión hidrógeno-hidrógeno). El proyecto del Reactor Termonuclear Experimental Internacional (ITER) utiliza reacciones relacionadas con los protones para simular el mecanismo de producción de energía solar.
• Pila de combustible de membrana de intercambio de protones (PEMFC)Utilizando el principio de conducción de protones, la energía química se convierte en energía eléctrica, que puede aplicarse al transporte ecológico y a los sistemas de energía sostenibles.

3. Ciencia industrial y de materiales:

• Grabado con haz de protonesEn la fabricación de semiconductores, se utilizan haces de protones para grabar con precisión y modificar materiales.
• Producción de neutronesEl bombardeo de protones sobre un objetivo puede producir neutrones, que pueden utilizarse para experimentos de dispersión de neutrones o para la eliminación de residuos nucleares.

---

Desarrollo futuro y desafíos

Para la mayoría de los cánceres más comunes, la radioterapia de fotones tradicional es una opción convencional madura, eficaz y rentable.

• Sin embargo, para grupos específicos de pacientes—Especialmente niños, pacientes con tumores cerca de órganos críticos, pacientes que requieren radioterapia adicional o pacientes que pueden beneficiarse de un aumento de la dosis—Los beneficios de la terapia de protones son enormes e irremplazables.Puede llevar la relación riesgo-beneficio del tratamiento a un nuevo nivel, evolucionando desde "curar la enfermedad" a "curar mejor la enfermedad" y, mientras se busca una cura, puede preservar en gran medida la calidad de vida futura del paciente.

En el futuro, con los avances tecnológicos (como la tecnología de aceleradores más compactos y económicos, la tecnología de irradiación de ultra alta velocidad FLASH, la planificación asistida por IA y la navegación de imágenes), la acumulación continua de evidencia clínica y la optimización gradual de los costos, se espera que la terapia de protones beneficie a más pacientes y, en última instancia, se convierta en uno de los pilares fundamentales indispensables del tratamiento de precisión del cáncer.

La terapia de protones representa la cumbre de la tecnología de radioterapia, ofreciendo a los pacientes con cáncer una mejor opción gracias a su precisión y seguridad. Sin embargo, el costo y la accesibilidad siguen siendo obstáculos importantes. En el futuro, con el desarrollo de máquinas compactas y tecnologías de inteligencia artificial (como aceleradores superconductores y planificación de tratamientos basada en IA), se espera que los costos disminuyan gradualmente, beneficiando a más pacientes. Simultáneamente, la investigación clínica debe ampliar aún más el alcance de las indicaciones y validar sus beneficios a largo plazo mediante ensayos controlados aleatorizados.

Lectura adicional:

• El profundo impacto de la diabetes en la función sexual masculina
• ¿Una posición baja del pecho significa flacidez?
• [Video] Los efectos nocivos de beber té con leche en tu salud
• ¿Cuál es la función de la próstata masculina?