Carbon Ion Therapy: A Modern Review of an Emerging Technology

Abstract

Radiation therapy is one of the most widely used therapies for malignancies. The therapeutic use of heavy ions, such as carbon, has gained significant interest due to advantageous physical and radiobiologic properties compared to photon based therapy. By taking advantage of these unique properties, carbon ion radiotherapy may allow dose escalation to tumors while reducing radiation dose to adjacent normal tissues. There are currently 13 centers treating with carbon ion radiotherapy, with many of these centers publishing promising safety and efficacy data from the first cohorts of patients treated. To date, carbon ion radiotherapy has been studied for almost every type of malignancy, including intracranial malignancies, head and neck malignancies, primary and metastatic lung cancers, tumors of the gastrointestinal tract, prostate and genitourinary cancers, sarcomas, cutaneous malignancies, breast cancer, gynecologic malignancies, and pediatric cancers. Additionally, carbon ion radiotherapy has been studied extensively in the setting of recurrent disease. We aim to provide a comprehensive review of the studies of each of these disease sites, with a focus on the current trials using carbon ion radiotherapy.

Carbon Ion Radiobiology

“…According to the Particle therapy co-operative Group (PTCOG) ( ) database, by the end of 2018 there were eight C-ion centers in Asia and four in Europe that have treated approximately 28,000 patients, and eight more centers are under construction or in the planning stage. Mayo Clinics in Jacksonville (FL, USA) has advanced plans for building the first C-ion therapy center in the USA [ 21 ]. This facility would mark a much-awaited return of heavy ion therapy in the USA after the end of the LBL pilot trial.…”

Перспективные Технологии Для Прикладных Резонансных Ускорителей Заряженных Частиц И Примеры Их Использования (Обзор)

“…Как упоминалось ранее, в адаптивных методах каждый пучок рентгеновского излучения длительностью, равной длительности ВЧ-импульса, состоит из последовательности коротких микроимпульсов длиной 250−400 ns, разделенных короткими интервалами в 50−150 ns [123], как показано на рис. 4 В зависимости от конкретных применений системы, таких как стационарная система инспекции железнодорожных составов, мобильная система, установленная на подвижное шасси некоммерческого типа [124], компактная система для инспекции посылок и т. д., к ускорителям предъявляются разные требования (табл. 2), в частности, по диапазону перестройки энергии и необходимой дозе излучения, обусловленной в первую очередь толщиной контейнера и глубиной проникновения пучка [125].…”

“…Пучки заряженных частиц (электронов и ионов), нейтронов и фотонов, полученные с помощью ускорителей заряженных частиц, широко применяются для решения прикладных задач. За последнее десятилетие в некоторых областях их применения, таких как инспекция грузов [1], ядерная безопасность [2], радиотерапия для лечения опухолей [3,4], промышленное облучение материалов [5][6][7], пищевых и сельскохозяйственных продуктов, медицинских изделий [8,9] и др., наблюдается значительный прогресс, который стал возможным благодаря появлению новых технологий для ускорителей. Многие из этих задач ставят новые требования к источникам излучения, ускорителям заряженных частиц.…”

Immunomodulatory Effects of Radiotherapy

“…Furthermore, 12 C ions' higher RBE will probably make them more efficacious against radioresistant tumors, and hypoxic tumors will probably also respond better to high-LET radiation than to megavoltage RT or protons. Hepatocellular carcinoma, lung cancer, and head and neck cancer are some of the tumors that could benefit from 12 C ion therapy (CIRT) [52][53][54]. In addition, 12 C ions' energy deposition patterns result in more complex DNA lesions that are more difficult to repair, so combined treatment with DNA repair inhibitors may hold greater promise.…”