การรักษามะเร็งด้วยโปรตอนพลังงานสูง

เมื่อเดือนสิงหาคมปี 2014 คนอังกฤษทั้งประเทศรู้สึกตระหนกตกใจกับข่าว Ashya King ซึ่งเป็นเด็กชายชาวอังกฤษวัย 5 ขวบที่กำลังป่วยเป็นมะเร็งสมอง (medulloblastoma) ได้ถูกบิดามารดานำตัวออกจากโรงพยาบาล ทั้งๆ ที่แพทย์ผู้รับผิดชอบไม่รู้เรื่อง และยังไม่ยินยอมอนุญาต

การล่าตัวตามหา Ashya ได้เกิดขึ้นทั่วประเทศ ในเวลาต่อมาคนใกล้ชิดของครอบครัว King ได้รายงานว่า บิดา Brett และมารดา Naghmeh ได้นำตัวลูกชายไปเข้ารับการรักษาด้วยเทคโนโลยีการยิงลำโปรตอนที่มีพลังงานสูง (proton beam therapy) ไปฆ่าเซลล์มะเร็งโดยตรง ซึ่งเป็นเทคนิคบำบัดที่ยังไม่มีใช้ในอังกฤษ

ทั้งนี้เพราะพ่อและแม่ของ Ashya มีความวิตกกังวลว่า ถ้าใช้รังสีเอ็กซ์พลังงานสูงรักษาเหมือนกรณีทั่วไป ผลกระทบข้างเคียงจะเกิดขึ้น ซึ่งอาจจะฆ่าลูกสุดที่รัก

เมื่อรู้ชัด ศาลอังกฤษจึงตัดสินให้ Ashya สามารถเข้ารับการรักษามะเร็งได้ที่ศูนย์บำบัดโปรตอน (Proton Therapy Centre) ในกรุง Prague สาธารณรัฐเชคโกสโลวาเกีย โดยกระทรวงสาธารณสุขของอังกฤษจะเป็นผู้รับผิดชอบเรื่องค่าใช้จ่ายทั้งหมด

ถึงวันนี้ Ashya มีสุขภาพดีพอจะเข้าเรียนหนังสือที่โรงเรียนได้แล้ว และในปี 2018 ศูนย์บำบัดมะเร็งด้วยโปรตอนพลังงานสูงจำนวน 2 ศูนย์กำลังจะเปิดให้บริการในอังกฤษ

นับตั้งแต่โลกรู้จักมะเร็ง สิ่งที่แพทย์และคนไข้ต้องการจะมีในครอบครองคือกระสุนวิเศษที่แพทย์ใช้ยิงเซลล์มะเร็งให้ตายสนิท ไม่ให้หวนกลับมามีชีวิตได้อีก เพราะถ้ามีและทำได้สำเร็จ การลุกลามของมะเร็งก็จะหยุด คือเซลล์ไม่ขยายบริเวณไปทำลายสู่อวัยวะอื่น และในเวลาเดียวกันกระสุนวิเศษนั้นก็ต้องไม่ฆ่าเซลล์ดี ที่สมบูรณ์อื่นๆด้วย

แต่ความจริงมีว่า เซลล์ดีมีรูปลักษณ์ที่ไม่แตกต่างจากเซลล์มะเร็งในระยะเริ่มต้นมาก ดังนั้นเวลาคนไข้เข้ารับการบำบัด จะโดยวิธีรังสีบำบัด หรือเคมีบำบัด เซลล์ดีๆ ก็จะถูกฆ่าไปด้วยอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ และนี่ก็คือเหตุผลที่พบว่าหลังการบำบัด คนไข้จะอ่อนแรง หรือมีอาการแพ้ทุกครั้งไป

ดังนั้นวิธีการรักษาที่ดีจึงประกอบด้วยปัจจัย 3 ประการคือ
1. แพทย์จะต้องมั่นใจว่า เซลล์มะเร็งอยู่ ณ ที่ใดในร่างกาย โดยใช้เทคโนโลยี X-ray computed tomography (CT) หรือ magnetic resonance imaging (MRI), positron emission tomography (PET) ฯลฯ จนรู้ที่อยู่ และขนาดของเซลล์มะเร็งที่จะต้องถูกกำจัด

2. สุขภาพของคนไข้ต้องมีภูมิคุ้มกันที่ดีพอ เพื่อจะได้คืนสภาพเร็ว หลังการบำบัด

3. มีการใช้เทคโนโลยีการบำบัดที่เหมาะสม ซึ่งอาจทำได้โดยวิธีผ่าตัด แต่วิธีนี้ไม่ปลอดภัย 100% เพราะเซลล์มะเร็งอาจลุกลามไปสู่ส่วนอื่นของร่างกาย หรือใช้วิธีเคมีบำบัดด้วยการกินสารเคมีเข้าไปทำลายเซลล์มะเร็งที่แบ่งตัวเร็ว แต่สารเคมีมักมีผลต่อเซลล์อื่นๆ ที่จะแบ่งตัวด้วย โดยเฉพาะเซลล์ไขกระดูกและเซลล์เส้นผม ดังนั้นในการใช้วิธีรังสีบำบัด แพทย์จึงนิยมใช้รักษามะเร็งเฉพาะที่ ด้วยการฉายรังสีเอ็กซ์ที่มีพลังงานสูงเข้าร่างกาย โดยรังสีเอ็กซ์ที่ใช้อาจมาจากเครื่องเร่งอนุภาคแบบเส้นตรง (linear accelerator) ที่ยิงอิเล็กตรอนพลังงานสูงให้พุ่งชนเป้าซึ่งทำด้วยโลหะหนัก อิเล็กตรอนที่ถูกหน่วงจะสูญเสียพลังงาน โดยปล่อยรังสีเอ็กซ์ออกมา แต่ในบางครั้งแพทย์ต้องการรังสีที่มีพลังงานสูงมาก ก็อาจใช้รังสีแกมมาที่ได้จากการสลายตัวของธาตุกัมมันตรังสี เช่น cobalt -60 ก็ได้

ในอดีตการรักษามะเร็งด้วยวิธีผ่าตัดนั้นจะได้ผล ถ้าเซลล์มะเร็งยังไม่ได้แพร่กระจายไปสู่ส่วนอื่นๆ ของร่างกาย จึงนิยมใช้เป็นวิธีรักษาเบื้องต้น จากนั้นก็ตามด้วยการพยายามกำจัดเซลล์มะเร็งที่ได้แพร่กระจายไปแล้ว

การรักษาโดยใช้สารเคมี (chemotherapy) เป็นการให้ยาพิษแก่เซลล์มะเร็ง แต่วิธีนี้อาจทำให้ร่างกายมีผลกระทบข้างเคียงมาก ส่วนการบำบัดรักษาโดยใช้ภูมิคุ้มกัน (immunotherapy) เป็นการให้ยาที่ทำลายความสามารถของเซลล์มะเร็งซึ่งได้สยบประสิทธิภาพในการทำงานของภูมิคุ้มกัน เช่น ยา PD-1 inhibitor จึงเหมาะใช้รักษามะเร็ง melanoma และยาจะกระตุ้นระบบภูมิคุ้มกันให้กลับมาทำงานได้อีก

อีกเทคนิคหนึ่งที่กำลังเป็นที่นิยมใช้ในการรักษามะเร็ง คือ ใช้อนุภาคนาโนของธาตุหนัก เช่น ทองคำ ซึ่งเป็นธาตุที่ไม่เป็นพิษ และไม่ทำปฏิกิริยาเคมีใดๆ กับเนื้อเยื่อ จึงสามารถนำไปฝังที่เซลล์มะเร็งในร่างกาย เพราะทองคำสามารถมีอันตรกริยากับรังสีเอ็กซ์ได้เฉพาะบางความถี่ ดังนั้นเวลารังสีเอ็กซ์กระทบอะตอมทองคำ พลังงานที่เหมาะสมของรังสีจะทำให้อิเล็กตรอนที่อยู่วงในสุดของทองคำกระเด็นหลุดจากอะตอม ทำให้เกิดที่ว่างให้อิเล็กตรอนที่โคจรอยู่ในวงนอกๆ เคลื่อนที่ลงไปแทน สิ่งที่เกิดตามมา คือ การเปลี่ยนระดับพลังงานของอิเล็กตรอนซึ่งจะทำให้เกิดรังสีเอ็กซ์พลังงานสูงที่สามารถฆ่าเซลล์มะเร็งได้ แม้การบำบัดจะไม่สมบูรณ์ 100% หรือทำให้หายขาด แต่วิธีนี้ก็ทำให้คนป่วยไม่เจ็บปวดมาก และให้กระทบข้างเคียงน้อย

ปัจจุบันมีอีกเทคนิคหนึ่งในการรักษามะเร็งคือ การใช้โปรตอนพลังงานสูงฆ่าเซลล์มะเร็ง และเป็นวิธีที่คนที่เป็นมะเร็งเฉพาะที่โปรดปรานมาก เพราะแพทย์สามารถโฟกัสลำอนุภาคโปรตอนให้ตรงเป้าได้อย่างแม่นยำดีกว่าการใช้เอ็กซเรย์ ดังนั้น เนื้อดีที่อยู่ในบริเวณโดยรอบเซลล์มะเร็งจะได้รับอนุภาคโปรตอนน้อยและเมื่อเซลล์มะเร็งถูกฆ่าแล้ว โอกาสการแพร่กระจายก็จะน้อยลง นอกจากนี้ เซลล์เม็ดเลือดขาวซึ่งเป็นเซลล์ดีก็ถูกทำลายน้อยลง
แต่โรงพยาบาลส่วนใหญ่ไม่มีอุปกรณ์ที่ว่านี้ เพราะอุปกรณ์มีขนาดใหญ่และมีราคาแพงมาก เช่น ศูนย์บำบัดโปรตอนที่มีห้องรักษา 2-3 ห้องต้องใช้งบประมาณในการสร้าง3,500 ล้านบาท โดยเวลาแพทย์ประสงค์จะให้โปรตอนเจาะทะลุเนื้อเยื่อลงไปถึงเซลล์มะเร็ง โปรตอนอาจถูกเร่งให้มีความเร็วสูงถึง 60% ของความเร็วแสง โดยใช้เครื่องเร่งอนุภาคเช่น cyclotron หรือ synchrotron ที่มีพลังงาน 235 MeV ซึ่งมีโครงสร้างที่ทำด้วยเหล็กหนัก 100-200 ตันเพื่อบังคับควบคุมทิศการเคลื่อนที่ของโปรตอน และต้องมีผนังคอนกรีตคลุมเครื่อง โดยผนังอาจมีความหนาเป็นเมตร เพื่อสกัดกั้นอนุภาคนิวตรอนที่อาจเล็ดรอดออกมาทำอันตรายแพทย์ และเจ้าหน้าที่

แม้จะมีขนาดใหญ่และมีราคาแพงก็ตาม แต่ถึงวันนี้โลกมีศูนย์บำบัดมะเร็งด้วยโปรตอนพลังงานสูงกว่า 60 ศูนย์แล้ว ในอเมริกามี 26 ศูนย์ โดย 12 ศูนย์ได้เปิดทำการรักษาคนไข้มานานร่วม 3 ปีแล้ว และมีอีกหลายศูนย์ที่ประสบภาวะขาดทุน เพราะค่ารักษาที่แพงกว่าการรักษาด้วยเอ็กซเรย์ประมาณ 3-4 เท่า คนจึงไม่นิยมใช้ ส่วนคนที่เป็นมะเร็งรูปแบบอื่น เช่น มะเร็งต่อมลูกหมาก ก็มักนิยมใช้เทคนิคอื่นในการรักษา เช่นกินยา หรือผ่าตัด นอกจากนี้ บรรดาบริษัทประกันสุขภาพในอเมริกาก็มักไม่สนับสนุนให้คนไข้รับการรักษาด้วยวิธีนี้ เพราะคิดว่ายังไม่มีหลักฐานที่ประจักษ์ชัดว่า วิธีนี้ดีกว่าวิธีอื่น

ทางออกหนึ่งสำหรับปัญหานี้จึงเป็นไปในทำนองว่า คนสร้างเครื่องมือต้องพยายามทำให้อุปกรณ์มีขนาดเล็กลง และมีราคาถูกมากขึ้น คือให้มีราคาประมาณ 175-350 ล้านบาทต่อเครื่อง ซึ่งนับว่าแพงพอๆ กับเครื่องเอ็กซเรย์พลังงานสูง เมื่อ 20 ปีก่อนอุปกรณ์การบำบัดด้วยโปรตอนมีขนาดใหญ่มาก ปัจจุบันเมื่อเทคโนโลยีการสร้างแม่เหล็กตัวนำยวดยิ่งมีประสิทธิภาพดีขึ้น ทำให้ช่างเทคนิคสามารถโฟกัสลำโปรตอนได้แม่นยำขึ้น เครื่องเร่งอนุภาคโปรตอนจึงลดขนาดจากที่เคยหนัก 100 ตันลงเหลือไม่ถึง 20 ตัน และแม่เหล็กวงกลมที่ใช้ในเครื่องได้ลดขนาดลงเหลือไม่ถึง 2 เมตร กระนั้นอุปกรณ์ทั้งชุดก็ยังต้องการพื้นที่ในการติดตั้งประมาณ 200-300 ตารางเมตร จึงมีขนาด “ใหญ่” เกินที่จะมีใช้ในโรงพยาบาลทั่วไป

ในส่วนของเทคนิคการบำบัดนั้น การจับตัวคนไข้แล้วหมุนให้เซลล์มะเร็งรับลำโปรตอนโดยตรงเป็นวิธีที่สามารถลดขนาดของเครื่องได้ แต่การทำเช่นนี้ก็จะทำให้เกิดปัญหาว่า จุดโฟกัสของลำโปรตอนอาจไม่ตรงจุดเดิม นั่นคือการฆ่าซ้ำตรงที่เดิมเป็นเรื่องที่ทำได้ยาก อีกวิธีหนึ่งที่อาจช่วยในการแก้ปัญหาคือ ต้องทำให้ลำโปรตอนมีเส้นผ่านศูนย์กลางไม่เกิน 2-3 มิลลิเมตร เพื่อการโฟกัสจะทำได้อย่างเฉียบคม

ตามปกติเวลาโปรตอนพุ่งชนเซลล์มะเร็ง มันจะเข้าทำปฏิกิริยากับอะตอม และโมเลกุลในเซลล์มะเร็ง โดยเฉพาะกับอิเล็กตรอน ทำให้อิเล็กตรอนกระเด็นหลุดไปจากอะตอมและโมเลกุล นั่นคือโปรตอนจะทำลายพันธะอะตอมและพันธะโมเลกุลจนทำให้อะตอมแตกตัวเป็นไอออน และเป็นอนุมูลอิสระที่พร่องอิเล็กตรอน จึงพร้อมที่จะทำปฏิกิริยาเคมีกับอนุภาคอื่นๆ ได้อย่างรวดเร็ว โดยเฉพาะกับ DNA ของเซลล์มะเร็งจะถูกทำลายแตกเป็นท่อนๆ จนทำให้การซ่อมแซมให้กลับมามีสภาพเหมือนเดิมทำได้ยาก ครั้นจะแบ่งตัวต่อไปก็ไม่ได้ ดังนั้น เซลล์จึงฆ่าตัวตาย (apoptosis) และนี่คือวิธีการที่แพทย์ใช้รังสีและอนุภาคในการฆ่าเซลล์มะเร็ง

กระนั้น ความแตกต่างระหว่างสมรรถภาพของการบำบัดแบบรังสีและแบบอนุภาคก็ยังมีอีก คือ ร่างกายคนมีองค์ประกอบหลักเป็นน้ำ และนักฟิสิกส์ได้ทดลองพบว่า รังสีเอ็กซ์ เวลาผ่านไปในน้ำจะปล่อยพลังงานให้น้ำค่อนข้างมาก ถ้าน้ำลึกไม่เกิน 5 เซนติเมตร โดยที่ระดับลึกเดียวกันนี้ พลังงานที่โปรตอน จะปลดปล่อยออกมามีค่าน้อยกว่าประมาณ 5 เท่า นั่นแสดงว่า รังสีเอ็กซ์มีความสามารถในการบำบัดมะเร็งที่ผิวร่างกายได้ดี แต่ที่ระดับลึกกว่าตั้งแต่ 5-15 เซนติเมตร พลังงานของรังสีเอ็กซ์จะลดลงอย่างช้าๆ แต่พลังงานที่โปรตอนปลดปล่อยในช่วงนี้จะเพิ่มขึ้นทีละน้อยๆ จนใกล้จะถึงที่ระดับลึก 15 เซนติเมตร พลังงานในการปลดปล่อยจะเพิ่มสูงสุด แล้วหมดไปในทันที ทั้งนี้เพราะที่ระดับลึกมาก ความเร็วของโปรตอนจะน้อยลงๆ ในเวลาเดียวกัน พื้นที่ภาคตัดขวางของการเกิดปฏิกิริยากับอนุภาคอื่นจะเพิ่ม ดังนั้นช่วง 5-15 เซนติเมตร จึงเป็นระยะลึกที่เหมาะสำหรับการรักษามะเร็งโดยเทคนิคอนุภาคบำบัด

แต่ที่ระดับลึกกว่า 15 เซนติเมตร รังสีเอ็กซ์ก็ยังเป็นเทคนิคสำคัญ เพราะรังสีสามารถทะลุทะลวงไปได้ถึง

ตามปกติเวลาอนุภาคโปรตอนความเร็วสูงผ่านเข้าไปในเนื้อเยื่อของร่างกาย อันตรกริยาระหว่างโปรตอนกับเซลล์เนื้อเยื่อและเซลล์มะเร็งจะทำให้มันเคลื่อนที่ช้าลง โปรตอนที่มีพลังงาน 50 MeV สามารถเจาะเนื้อเยื่อลงไปได้ลึกประมาณ 2-3 เซนติเมตร ส่วนโปรตอนที่มีพลังงานสูงกว่า 200 MeV ระยะลึกอาจจะถึง 30 เซนติเมตร

ด้วยเหตุนี้การโฟกัสลำอนุภาคและควบคุมระยะลึกให้ได้จึงเป็นเรื่องสำคัญมากในการบำบัด ปัจจุบันความรู้เกี่ยวกับประเด็นนี้มีความคลาดเคลื่อนประมาณ 0.5 เซนติเมตร (ซึ่งอยู่ในระดับเดียวกับการรักษาโดยรังสีเอ็กซ์)

สำหรับการรักษามะเร็ง (chondoma และ chondro-sarcoma) รวมถึงมะเร็งที่ผิวหนัง (melanoma) และเนื้องอก ในเด็ก ส่วนดีของการบำบัดแบบนี้คือลำโปรตอนสามารถปรับได้ตามขนาดและรูปทรงของเนื้องอก และการตั้งอยู่ใกล้เคียงอวัยวะสำคัญอื่นๆ ก็อาจปลอดภัย อาทิเช่น คนที่เป็นมะเร็งเต้านมด้านซ้าย อาจใช้วิธีนี้รักษา เพราะโปรตอนจะไม่ทำร้ายหัวใจที่อยู่ด้านซ้ายของร่างกายคนๆ นั้น

สำหรับประเด็นผลกระทบข้างเคียงนั้นกำลังมีการวิจัยกัน โดยเฉพาะโอกาสที่จะทำให้คนไข้ตาบอด เป็นมะเร็งที่ตา หรืออาจทำให้มี IQ ต่ำ

เพราะเหตุว่า โลกมีศูนย์บำบัดแบบนี้มีเพียงไม่กี่แห่ง แพทย์มะเร็งส่วนใหญ่จึงมักไม่มีข้อมูลและรายละเอียดของศูนย์ และมักคิดว่าถ้าส่งคนไข้ไปที่โรงพยาบาลอื่น รายได้ของโรงพยาบาลจะลด ด้านคนไข้เองก็ไม่ชอบการเดินทางไกล ดังนั้น การส่งต่อคนไข้จึงมีกระทำกันค่อนข้างน้อย

ที่สวีเดนตั้งแต่ปี 2015 มีศูนย์บำบัดอยู่ที่เมือง Uppsala เพื่อรับคนไข้จากโรงพยาบาลทั่วประเทศ ในปี 2019 อเมริกาจะมีศูนย์บำบัดที่ Manhattan ซึ่งจะให้บริการ แต่อาจทำได้ไม่ดีเท่าสวีเดน เพราะอเมริกาเป็นประเทศที่มีขนาดใหญ่กว่า และมีประชากร (คนไข้) มากกว่า

แต่การมีเทคโนโลยีใหม่ก็ใช่ว่าจะดีและใช้ได้ง่ายเสมอไป เพราะพนักงานหรือเจ้าหน้าที่ที่เชี่ยวชาญการใช้อุปกรณ์มีไม่พอ ทางออกสำหรับเรื่องนี้คือใช้คนที่ทำงานเดียวกับเทคนิคการบำบัดด้วยรังสีเอ็กซ์ ในอนาคต โรงพยาบาลทุกแห่งจะต้องกระจายความรู้เกี่ยวกับการรักษาคนไข้ให้กันและกันมากขึ้น นักฟิสิกส์และวิศวกรจะต้องทำงานร่วมกับแพทย์ที่รักษาคนไข้ ในการโฟกัสลำอนุภาคโปรตอนให้มีประสิทธิภาพยิ่งขึ้น

เมื่อราคาค่ารักษาลดลงประมาณพอๆ กับค่ารักษาโดยรังสีเอ็กซ์ ความนิยมที่จะได้จากการรักษามะเร็งโดยวิธีนี้ก็จะเห็นชัดขึ้น

ในปี 2017 ศูนย์ปฏิบัติการนิวเคลียร์แห่งยุโรป CERN ที่กรุง Geneva ในสวิสเซอร์แลนด์กำลังติดตั้งเทคโนโลยีบำบัดมะเร็งด้วยโปรตอนพลังงานสูงโดยใช้ลำโปรตอนที่แยกออกมาจากเครื่องเร่งอนุภาค LHC (Large Hadron Collider) ที่พบอนุภาค Higgs

ในเดือนพฤษภาคมปี 2018 จะมีการประชุมขององค์การ Particle Therapy Co-Operative Group ให้บรรดาสมาชิกของสมาคมการบำบัดมะเร็งด้วยอนุภาคในยุโรปและอเมริกามาประชุมกัน เพื่อถกปัญหาและตอบคำถามเกี่ยวกับการแข่งขันการมีเทคโนโลยีใหม่นี้

อ่านเพิ่มเติมจาก Proton Beam Therapy โดย Harald Paganetti จัดพิมพ์โดย Institute of Physics ในปี 2017

เกี่ยวกับผู้เขียน สุทัศน์ ยกส้าน

ประวัติการทำงาน-ราชบัณฑิต สำนักวิทยาศาสตร์ สาขาฟิสิกส์และดาราศาสตร์ และ ศาสตราจารย์ ระดับ 11 ภาควิชาฟิสิกส์ มหาวิทยาลัยศรีนครินทรวิโรฒ, นักวิทยาศาสตร์ดีเด่นและนักวิจัยดีเด่นแห่งชาติ สาขากายภาพและคณิตศาสตร์ ประวัติการศึกษา-ปริญญาตรีและโทจากมหาวิทยาลัยลอนดอน, ปริญญาเอกจากมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย

อ่านบทความ "โลกวิทยาการ" จาก "ศ.ดร.สุทัศน์ ยกส้าน" ได้ทุกวันศุกร์