방사선요법의 진보가 뇌 및 척추 치료에 어떻게 기여하고 있나?

방사선요법의 진보가 뇌 및 척추 치료에 어떻게 기여하고 있나?

2019년 12월 20일 : 국립암연구소 자료

※방사선 종양학자 박사. 크리스티나 티엔은 암 생존자다. 그녀는 뇌와 척추 종양 환자의 치료결과를 개선하고 있는 방사선 치료의 진보와 그녀의 개인적인 경험이 그녀가 행하는 치료에 어떤 영향을 끼쳤는지에 대해 논의해본다.

방사선 종양학자 크리스티나 티엔 박사는 젊은 나이에 암세포를 죽이기 위해 강렬한 에너지의 빔을 이용하는 일종의 암 치료법인 방사선 요법의 영향을 배웠다. 19세에 그녀는 희귀한 육종 진단을 받았다. 여러 차례의 수술과 재발 끝에 결국 암이 재발하지 않도록 방사선 치료를 받았다.

이제, 의사로서 암 환자가 된 경험은 그녀의 경력에 있어 중요한 부분이 되었다. "방사선 요법이 암 치료에 미치는 영향을 직접 배웠다. 나중에, 나는 암 치료가 장기 생존에 미치는 영향에 대한 통찰력을 얻었고, 이제 내가 추천하는 많은 치료 결정을 형성하는 것은 바로 이러한 이해에서 비롯된 것"이라고 워싱턴 D.C의 시블리 기념 병원의 죤스 홉킨스 양성자 치료센터의 의료부장인 티엔 박사가 말했다.

티엔 박사는 몬트리올에 있는 맥길 대학 의학부에서 의학 학위를 받았다. 그녀는 방사선 종양학 레지던트와 펠로십을 마치고 미시간 대학의 교수가 되었다. 2014년 세인트루이스 소재 워싱턴 대학 방사선종양학과에서 일했다. 그곳에서 그녀는 중추 신경계 서비스 수석과 임상 연구 책임자, 그리고 정위 방사선 수술과 감마 나이프 센터의 공동 센터장으로 일했다. 2019년 10월, 그녀는 존 홉킨스 의대로 옮겼다.

"우리는 이제 많은 종류의 암을 치료할 수 있게 되었지만, 이것은 종종 수술과 방사선, 전신요법과 같은 여러 종류의 치료법을 필요로 한다. "암 전문가로서 우리가 다학제 의학을 실천하기 위해 팀으로 조직하는 것이 중요하다"고 티엔 박사는 말한다.

전체 암 환자의 절반 이상이 어떤 형태로든 방사선 치료를 받게 될 것이다. 뇌와 척추에 희귀 종양이 있는 사람들에게 방사선 치료는 달리 접근하기 어려운 뇌의 영역을 표적으로 하는 정밀성 때문에 종종 이상적이다. 양성자 빔 치료는 건강한 주변 조직의 손상을 최소화하면서 DNA 손상을 일으켜 암세포를 죽인다. 회복할 수 없을 정도로 DNA가 손상된 암세포는 분열하거나 죽는 것을 멈춘다.

양성자 치료의 이점의 이해

양성자 치료는 첨단 방사선 기술의 일종이다. 그것은 높은 에너지 입자 빔의 놀랍고 독특한 특징과 그들이 조직을 통해 움직일 때 이온화 방사선을 축적하는 방식을 이용한다. 몸을 통과할 때 멈추지 않는 기존 감마선이나 X선 빔과 달리 양성자 치료 빔은 깊이를 조절할 수 있다. 충전된 입자들이 멈추면서, 모든 에너지는 주변 조직에 대한 출구 선량이 거의 또는 전혀 없이 종양 내에 축적된다.

양성자 치료 전달의 가장 진보된 유형은 펜슬 빔 스캐닝 기술이다. 펜슬 빔 기술은 폭이 몇 밀리미터에 불과한 정밀한 양성자 빔으로 이른자 "선량 입히기"를 하여 개별 종양의 독특한 모양을 그대로 전부 표적으로 한다.

"이것(양성자 치료)은 뇌간이나 척수처럼 중요한 구조에 가까운 곳에 발병한 희귀 종양을 치료하는데 정말 중요한 역할을 한다."

-티엔 박사

뇌와 척추를 치료하는 방사선 요법은 두 개 척추 방사선이라 부른다. 이러한 형태의 방사선은 수아(세포)종髓芽腫과 생식 세포종, 송과체 부 종양 및 기타 희귀 종양을 포함한 희귀 종양에 사용될 수 있다.

"환자들은 암 진단 후에도 그 어느 때보다 오래 살고 있다. 현재의 목표는 치료와 관련된 부작용의 위험을 낮출 방법을 찾는 것인데, 그 중 일부는 치료가 끝난 지 한참이 지나서야 분명해진다. 양성자 치료는 이러한 목표를 달성하는데 도움을 줄 수 있다"고 티엔 박사는 말한다.

양성자 요법의 정밀성으로 방사선 종양학자들은 인지와 시각, 청각, 뇌간 및 내분비 기능에 대한 방사선 치료의 장기적인 영향을 최소화할 수 있다. "양성자 치료는 종종 다른 종류의 치료와 더 잘 통합될 수 있고, 환자에게 해를 덜 주는 더 많은 치료 사이클을 완성할 수 있다"고 티엔 박사는 말한다.

양성자 치료는 모든 임상 상황에 권장되지 않으며 환자들은 종종 다른 유형의 고도의 등각 방사선요법으로부터 효험을 볼 수 있다. "양성자 방사선을 이용한 입체 방사선 수술과 같은 국소적인 치료는 예외적으로 정확하고 효과적이다."라고 티엔 박사는 말한다. "환자마다 병은 다 다르다. 질병뿐만 아니라 환자 개인에 대한 이해를 목표로 하고 있어 맞춤형 치료계획을 제시할 수 있다고 말했다.

방사선 효과와 새로운 기술의 연구

티엔 박사의 연구는 더 나은 결과를 얻기 위한 양성자 치료의 의미를 이해하는 데 초점을 맞추고 있다. "기술의 발전은 우리가 이전에는 할 수 없었던 일들을 가능하게 해주었다. 첨단 화상 기술을 통해 실시간으로 치료 변화를 모니터링하고 방사선 치료 계획을 조정할 수 있다,"라고 치엔 박사는 말한다. 광학 표면 화상 및 실시간 형광투시 통문(通門) (생체막의 이온 채널에 있는 관문(gate)의 개폐에 의해 막 내외의 이온 농도를 변화시키는 것) 같은 치료도구를 추가하면 양성자 치료의 정밀도를 향상시키고 치료 중 장기의 움직임을 제한한다.

그녀는 또한 양성자 요법의 치료 효과를 높이기 위한 새로운 방법을 개발하고 있다. "방사선이 종양과 주변 환경에 미치는 영향과 정상 조직에 미치는 영향을 이해해야 면역요법을 포함한 새로운 치료법의 효과를 높일 수 있는 방법을 찾을 수 있다"고 티엔 박사는 설명한다.

티엔 박사의 연구는 화상 지침을 개선하고 고 등급 신경교종의 치료효과를 향상시키기 위해 방사선 치료의 강도를 안전하게 증가시키는 방법을 더 잘 전달하기 위해 고도화 신경 영상이 필요하다. 그녀는 양성자 치료에 대한 환자의 반응을 예측하기 위해 환자의 생체 마커를 연구한다. "치료에 대한 환자의 반응을 조기에 이해하는 것은 효과가 있든 없든 간에 환자의 결과를 더 잘 예측하는 데 사용될 수 있다,"라고 치엔 박사는 말한다.

신경 종양학 분야를 더 발전시키기 위해, 티엔 박사는 학제와 연구기관을 넘나들며 연구하고 있다. "우리는 새로운 전환과학을 통합한 혁신적인 임상실험과 강력한 임상과학에 기초한 가설 중심의 임상실험을 설계할 필요가 있다"고 그녀는 말한다.

티엔 박사는 국립암연구소(NCI)의 신경 종양 연구 센터인 신경 종양학 분과와 협력하여 환자들을 자연사 연구에 의뢰하고 있는데, 이 연구는 조직을 수집하고 분석하여 돌연변이를 발견하고 각각의 희귀한 뇌와 척추 종양에 대해 더 자세히 알아보는 것이다.

환자의 관점에서 가치 있는 것

자신의 개인적인 암 경험으로부터 배운 티엔 박사는 모든 치료 결정에서 환자가 고려 대상이 될 수 있도록 많은 노력을 한다. "나는 그들의 개인적인 상황과 치료목표를 이해하는 것을 목표로 한다. 이것은 내가 그들의 치료 계획을 구체화하고 그들과 공유하는데 도움을 준다."라고 티엔 박사는 말한다.

"환자들은 그들의 (치료) 선택지와 그 위험과 이익을 이해할 필요가 있다. 그래서 그들은 매우 잘 알고 있고 그들에게 가장 적합한 결정을 내릴 수 있다. 티엔 박사는 "환자와 그 가족들을 알아가는 데 시간을 갖고 그것이 우리의 병원이든 그들의 집 근처의 병원이든 그들에게 맞는 치료 계획을 선택하는 데 도움을 주는 것이 중요하다"고 말한다.

그녀의 개인적인 경험은 그녀가 결정 과정에 대해 더 잘 이해하게 만들었다. "방사능은 처음에는 무섭고 엄청난 것일 수 있지만, 의사는 그것을 통해 가족들을 도울 수 있다. "암 치료의 중요한 부분은 환자와 간병인들이 질문을 하고 그들의 필요와 목표에 대해 그들의 관리 팀에 솔직해지도록 장려하는 것입니다,"라고 치엔 박사는 말한다. 티엔 박사는 "암 생존자로서의 경험을 자주 요구한다. 그것은 나에게 의사와 환자의 중요한 관계에 대한 더 나은 관점을 주었다."

How Advances in Radiation Therapy are Improving Care for Brain and Spine Tumors

December 20, 2019, by NCI-CONNECT Staff

Radiation oncologist Dr. Christina Tsien is a cancer survivor. She discusses the advances in radiation therapy that are improving brain and spine tumor patient outcomes and how her personal experience has impacted the care she provides.

Radiation oncologist Christina Tsien M.D. learned at a young age the impact of radiation therapy, a type of cancer treatment that uses beams of intense energy to kill cancer cells. At age 19, she was diagnosed with a rare sarcoma. After multiple surgeries and recurrences, she received radiation treatments that ultimately stopped her cancer from returning.

Now, as a physician, the experience of being a cancer patient has been an important part of her career. “I learned firsthand the impact of radiation therapy on curing cancer. Later, I gained insight into the impact of cancer care on long-term survivorship and it is this understanding that now shapes many of the treatment decisions I recommend,” says Dr. Tsien, Medical Director of the Johns Hopkins Proton Therapy CenterExit Disclaimer at Sibley Memorial Hospital in Washington, D.C.

Dr. Tsien received her medical degree from McGill University’s Faculty of Medicine in Montreal. She completed a radiation oncology residency and fellowship, then became a professor at the University of Michigan. In 2014, she joined the radiation oncology department at Washington University in St. Louis where she served as chief of the central nervous system service, director of clinical research, and as co-medical director of stereotactic radiosurgery and the gamma knife center. In October 2019, she joined John Hopkins Medicine.

“We are now able to cure many types of cancer, but this often requires multiple types of therapies such as surgery, radiation, and systemic therapy. It is important that we, as cancer specialists, organize ourselves as teams to practice multidisciplinary medicine,” Dr. Tsien says.

Over half of all cancer patients will receive some form of radiation treatment. For people with rare brain and spine tumors, radiation treatment is often ideal because of its precision in targeting areas of the brain that are otherwise difficult to access. Proton beam therapy kills cancer cells by causing DNA damage while minimizing damage to the healthy surrounding tissue. Cancer cells whose DNA is damaged beyond repair stop dividing or die.

Understanding Proton Therapy Benefits

Proton therapy is a type of advanced radiation technology. It takes advantage of a remarkable and unique characteristic of high energy particle beams and how they deposit ionizing radiation as they move through tissue. Unlike conventional gamma or X-ray beams, which do not stop as they pass through the body, the depth of proton therapy beams can be controlled. As the charged particles come to a stop, all their energy is deposited within the tumor with little to no exit dose to the surrounding tissues.

The most advanced type of proton therapy delivery is pencil beam scanning technology. Pencil beam technology allows for “dose painting” with a precise proton beam only a few millimeters wide to target the unique shape of individual tumors.

“This is really key for treating rare tumors that are close to critical structures, such as the brain stem and spinal cord.”

—Dr. Tsien

Radiation therapy that treats the brain and spine is called craniospinal radiation. This form of radiation may be used for rare tumors, including medulloblastomas, germ cell tumors, pineal region tumors, and other rare tumors.

“Patients are living longer than ever following a cancer diagnosis. The goal now is to find ways to lower the risk of treatment-related side effects, some of which do not become apparent until long after treatment has ended. Proton therapy can help achieve these goals,” Dr. Tsien says.

With the precision of proton therapy, radiation oncologists are better able to minimize the long-term impact of radiation treatment on cognition, vision, hearing, and brainstem and endocrine function. “Proton therapy can often better integrate with other kinds of treatments and allow completion of more treatment cycles with less harm to patients,” Dr. Tsien says.

Proton therapy is not recommended in all clinical situations and patients can often benefit from other types of highly conformal radiotherapy. “Focal treatments like stereotactic radiosurgery using photon radiation are exceptionally precise and effective,” Dr. Tsien says. “Each patient’s disease is unique. We aim to understand the individual as well as the disease, so we can provide a personalized treatment plan.”

Researching Radiation Effects and New Techniques

Dr. Tsien’s research focuses on understanding the implications of proton therapy to achieve better outcomes. “Technology has allowed us to do things we could not do before. Advanced imaging techniques allow us to monitor treatment changes in real time and adapt radiotherapy treatment plans,” Dr. Tsien says. Additional tools like optical surface imaging and real-time fluoroscopic gating improve the precision of proton therapy and limit the movement of organs during treatment.

She is also developing novel methods to increase the therapeutic effectiveness of proton therapy. “We need to understand the effects of radiation on the tumor and its surrounding environment, as well as its effect on normal tissues, to find ways to improve effectiveness of novel therapies, including immunotherapy,” Dr. Tsien explains.

Dr. Tsien’s research involves advanced neuroimaging to improve image guidance and better direct how to safely increase the strength of radiotherapy in high grade gliomas to improve its effect. She studies biomarkers in patients to predict a patient’s response to proton treatment. “Understanding a patient’s response to treatment earlier – whether it’s working or not – can be used to better predict patient outcomes,” Dr. Tsien says.

To further move the neuro-oncology field forward, Dr. Tsien is working across disciplines and institutions. “We need to design innovative clinical trials incorporating novel translational science, and hypothesis-driven clinical trials based on strong preclinical science,” she says.

Dr. Tsien is collaborating with the NCI’s Center for Cancer Research, Neuro-Oncology Branch, to refer patients to its Natural History study, which collects and analyzes tissue to discover mutations and learn more about each type of rare brain and spine tumor.

Valuing the Patient Perspective

Learning from her personal cancer experience, Dr. Tsien goes to great lengths to ensure the patient is considered in every treatment decision. “I aim to understand their personal situations and goals. This helps me shape their treatment plan and share it with them,” Dr. Tsien says.

“Patients need to understand their options and the risks and benefits, so they are very informed and can make decisions that are best for them. It is important to take the time to get to know the patient and their families and help them choose a treatment plan that is right for them, whether it is at our center or closer to their home,” Dr. Tsien says.

Her personal experience has made her more understanding of the decision process. “Radiation can be scary and overwhelming at first, but a physician can help coach families through it. A key part of the cancer care is encouraging patients and caregivers to ask questions and to be candid with their care team about their needs and aims,” Dr. Tsien says. “I often call on my experience as a cancer survivor. It has given me a better perspective of the important relationship between a physician and a patient.”