Cermin Dunia Kedokteran

TINJAUAN KEPUSTAKAAN

Radioterapi dengan Partikel Nuklir

Mukhlis Akhadi

Pusat Standardisasi dan Penelitian Kesehatan Radiasi, Badan Tenaga Atom Narional Jakarta

PENDAHULUAN

Aplikasi teknik nuklir dalam bidang kedokteran terus

menunjukkan peningkatan dari waktu ke waktu. Pemanfaatan

teknik nuklir ini meliputi tindakan-lindakan radiodiagnosis,

radioterapi dan kedokteran nuklir. Ketigajenis kegiatan tersebut

umumnya menggunakan sumber radiasi yang spesifikasi fisik-

nya berbeda-beda. Ada dua jenis somber radiasi, yaitu sumber

terbungkus dan sumberterbuka. Radiasi dari sumber terbungkus

digunakan dalam radioterapi untuk pengobatan tumor yang

bersarang di dalam tubuh. Sedang radiasi dari sumber terbuka

digunakan dalam kegiatan kedokteran nuklir untuk tujuan

diagnosis, terapi dan panditian medik. Thlisan ini hanya akan

membahas tentang aplikasi teknik nuklir untuk tujuan terapi.

Penggunaan radiasi pengion untuk tujuan terapi dikenal

dengan sebutan radioterapi. Radiui ini dapat dipakai untuk

terapi kanker jenis tertentu yang bersarang di dalam tubuh

manusia. Tentu saja tidak semua jenis kanker dapat diobati

dengan teknik radioterapi karena keterbatasan radiasi dalam

membunuh sel kanker. terapi kanker dengan radiasi dimung-

kinkan karena sel-sel kanker secara umum mempunyai kepekaan

yang lebih tinggi terhadap radiasi pengion dibandingkan sel-

sel normal

(1)

. Dengan pengaturan pemberian dosis radiasi secara

tepat, radiasi tersebut dapat membunuh sel-sel kanker dengan

sedikit efek kerusakan tethadap sel-sel normal di sekitanya.

RADIOTERAPI DENGAN PROTON

Proton memberikan banyak harapan pada para ahli radio-

logi untuk pengobatan kanker dengan ketepatan tinggi

(2)

. Sejak

tahun 1946, fisikawan Robert Wilson dari Harvard telah

menyadari kcmungkinan pemanfaatan proton untuk tujuan

pengobatan. Wilson mengamati babwa bake proton dengan

energi tertentu bergerak menempuh garis lurus dengan panjang

jejak relatif sama. Hal ini beartijika berkas proton ditembakkan

ke organ tubuh, volume organ yang teradiasi proton itu adalah

seluas berkas proton dikalikan panjang jejaknya di dalam tubuh.

Wilson juga mengamati bahwa bakes proton akan kehilangan

sebagian besar energinya pada akhir lintasannya. Oleh sebab

itu, berkas proton akan memberikan sebagian besar dosis radiasi-

nya pada organ wbub di akhir lintasannya

(3)

. Sifat ini dapat

dimanfaatkan untuk mengkonsentrasikan sebagian besar dosis

radiasi proton pada suatu daerah tempat kanker bersarang.

Dengan teknik ini, sel-sel di permukaan tubuh yang dilalui

berkas proton tidak banyak mengalami kerusakan. Jadi proton

akan jauh lebih efektif dibandingkan dengan sinar- jika dipakai

untuk radioterapi kanker yang bersarang di kedalaman jauh di

bawah permukaan tubuh.

Sifat menguntungkan lainnya yang dimiliki proton adalah

bahwa panjang jejaknya di dalam tubuh sangat ditentukan oleh

bead magi yang dimilikinya

(2)

. Semakin besar energi proton,

akan semakin panjang lintasannya. Sifat ini sangat menguntung-

kan karena pemberian dosis radiasi pada kanker yang bersarang

di kedalaman tubuh dapat diatur melalui pengaturan energi

proton yang akan ditembakkan ke sasaran itu. Dengan pengatur-

an energi yang tepat, berkas proton mampu mencapai tempat

kanker bersarang dan akan menyerahkan sebagian besarenergi-

nya ke sasaran yang dituju. Dengan teknik ini, sel-sel normal

yang dilalui berkas proton yang berada di antara permukaan

tubuh dan tempat kanker bersarang tidak akan banyak meng-

alami kerusakan.

Proton merupakan partikel nuklir bermuatan positif se-

hingga dapat dipercepat di dalam akselerator

(4)

. Mempercepat

gerak proton ini bertujuan untuk mendapatkan proton dengan

energi sesuai dengan yang diinginkan. Karena dapat dipercepat,

maka energi proton dapat diatur sedemikian rupa disesuaikan

dengan kedalaman organ tempat kanker bersarang.

Keuntungan yang paling utama dan tidak dimiliki oleh

Cermin Dunia Kedokteran No. 122, 1999 13

teknik radioterapi kanker lainnya adalah bahwa berkas proton

dapat diarahkan secara tepat menuju sasaran. Karena proton

bermuatan listrik, maka berkas itu dapat diarahkan dengan

medan magnet dari luar

(4)

. Itulah sebabnya, proton dapat dipakai

untuk radioterapi kanker yang bersarang dalam organ tubuh

yang sangat sensitif seperti mata dan otak. Karena gerakan

proton dapat diarahkan, maka proton tidak akan mengalami

banyak hamburan ketika bertabrakan dengan inti atom sel-sel

dalam tubuh. Dengan demikian para dokter dapat memberikan

dosis proton kepada pasien dalam jumlah besar tanpa ada rasa

takut akan timbulnya efek samping terhadap sel-sel normal di

sekelilingnya. Dalam radioterapi dengan proton ini, dosis radiasi

yang diberikan kepada pasien bisa tiga kali lebih besar diban-

dingkan jika radioterapi dilakukan dengan sinar-.

Teknik radioterapi dengan proton telah diuji coba peng-

gunaannya di berbagai negara maju. Fermi lab telah meng-

upayakan pembuatan alat pemercepat partikel ukuran kecil

dengan panjang melintang kurang dari 6 m. Setelah diuji coba,

mesin tersebut kemudian dipindahkan ke Pusat Media Univer-

sitas Loma Linda di bagian selatan California. Alat ini merupa-

kan pemercepat partikel permma di dunia yang dipakai untuk

radioterapi kanker dengan proton. Proyek di Loma Linda akhir-

nya membangkitkan kesadaran para pakar radioterapi di seluruh

dunia, bahwa berkas proton dapat dimanfaatkan secara efektif

untuk radioterapi kanker dengan ketepatan tinggi, bahkan untuk

kanker yang bersarang di tempat sangat sensitif yang tidak bisa

dijangkau dengan teknik pengobatan lainnya. Beberapa pusat

riset fisika nuklir seperti Harvard (AS), Uppsala (Swedia) dan

Louvain-La-Neuva (Belgia) telah melengkapi akseleratornya

dengan berkas proton untuk radioterapi kanker

(2)

RADIOTERAPI DENGAN TEKNIK BNCT

Beberapa reaktor penelitian dilengkapi dengan tabung

berkas neutron untuk radioterapi. Berkas neutron apabila di-

lewatkan pada jaringan tubuh manusia dapat menimbulkan

kerusakan yang jauh lebih parah dibandingkan sinar-

(1)

Masalahnya adalah bagaimana cars memanfaatkan neutron itu

untuk radioterapi tanpa menimbulkan kerusakan yang berarti

pada jaringan sehat di sekitamya. Sebuah solusi yang menarik

adalah melakukan penyinaran neutron terhadap jaringan tumor

yang mengandung unsur kimia boron (B). Metode radioterapi

kanker ini dikenal dengan boron neutron capture therapy

(BNCT) yang memanfaatkan reaksi tangkapan nuklir antara

unsur kimia boron-10 (

B) dengan neutron (n)

(5)

Dengan

teknik ini dosis neutron yang digunakan untuk irradiasi dapat

dikurangi, namun efek merusak terhadap sel kanker justru

meningkat.

Teknik BNCT pertama kali diperkenalkan pada tahun 1936

oleh Gordon L. Locher. Namun untuk pemanfaatannya saat itu

masih mengalami dua kendala utama, yaitu bagaimana cara

menempatkan

yang cukup memadai pada sel-sel kanker,

dan bagaimana cara menembakkan neutron agar dapat ditang-

kap unsur tersebut sehingga terjadi reaksi nuklir tanpa mem-

berikan efek yang berarti terhadap sel-sel normal di sekitarnya.

Studi klinis BNCT dilakukan mulai pada tahun 1950-an hingga

awal tahun 1960. Beberapa orang yang mengawali penelitian

ini adalah Lee E. Farr dan kawan-kawannya di Massachusetts

General Hospital dan Massachusetts Institute of Technology.

Pengamatan mereka difokuskan pada gioblastoma multiform,

sejenis kanker otak yang paling ganas. Namun uji coba teknik

BNCT untuk terapi kanker otak pada waktu itu mengalami ke-

gagalan karena senyawa

tidak terkonsentrasikan secara tepat

pada sel kanker dan neutron tennik tidak mampu menembus

bagian kepada pada kedalaman tempat kanker itu bersarang

(5)

Penelitian intensif agar BNCT dapat dimanfaatkan secara

efektif terus berlanjut. Beberapa penelitian yang dilakukan di

Amerika Serikat, Eropa, Jepang dan Australia akhirnya berhasil

menemukan metode yang mampu memecahkan beberapa per-

masalahan dalam pemanfaatan BNCT, baik tarn pencangkokan

ke dalam sel kanker maupun care memperoleh neutron untuk

penembakannya. Pengiriman

ke sel kanker dilakukan

dengan antibodi yang berperan sebagai misil pengarah. Antibodi

ini bempa protein yang disuntikkan ke dalam tubuh dan me-

miliki potensi untuk mengenali barang asing yang disebut

antigen, yang terdapat pada perrnukaan sel kanker. Sedang pada

sel normal antigen ini tidak ada, sehlngga

tidak akan meng-

endap pada sel-sel normal

(5)

Reaktor

nuklir merupakan sumber neutron dengan fluks

yang cukup besar dan memadai untuk radioterapi

(6)

. Namun

radiasi yang dipancarkan oleh reaktor nuklir bersifat campuran

yang terdiri atas sinar- ; neutron ceps, neutron epiterntik dan

neutron tehnik. Tantangan yang dihadapi para fisikawan adalah

mengambil berkas neutron yang berenergi epitermik dan ternik

saja dari dalam teras reaktor, karena hanya neutron inilah yang

dapat diserap oleh

B. Oleh sebab itu perlu dikembangkan sistim

tabung berkas yang mampu mengarahkan atau mengambil

neutron tersebut.

Sinar- yang terpancar dari reaksi nuklir bergerak sangat

lambat dan jarak jelajahnya di dalam jaringan tubuh kira-kira

sepanjang diameter sebuah sel (10 mikron). Perjalanan sinar-

sepanjang sel ini akan disertai penyerahan energi radiasi kepada

sel kanker yang ditempati

B, sehingga sel kanker terionkan

yang akhirnya rusakk atau mati. Karena pengionan spesifik

sinar- ini sangat besar

(4,7)

, maka hanya diperlukan dosis radiasi

yang rendah untuk membunuh sel kanker tersebut. Mengingat

hanya menempel pada sel kanker dan jarak jelajah sinar-

sangat pendek, maka sel-sel normal yang berada di sekitar sel

kanker tidak akan mengalami banyak kerusakan. Inilah salah

satu keunggulan teknik BNCT untuk radioterapi kanker. Sifat

dari senyawa

adalah mudah mengendap pada jaringan otak,

sehingga teknik BNCT cukup efektif untuk radioterapi kanker

otak

(5)

RADIOTERAPI DENGAN NEUTRON

Dalam pembahasan sebelumnya telah dikemukakan peman-

faatan neutron untuk radioterapi menggunakan teknik BNCT yang

pelaksanaannya memanfaatkan neutron dari reaktor nuklir.

Pada bagian ini akan dibahas radioterapi dengan neutron yang

sumbernya bukan dari reaktor nuklir. Penelitian radioterapi

dengan neutron mulai dilakukan sejak tahun 1950 di Hammer-

Cermin Dunia Kedokteran No. 122, 1999

smith Hospital di London. Sejak tahun 1970, setelah diperoleh

cukup data tentang efek neutron terhadap berbagai jaringan

tubuh, pemanfaatan neutron untuk radioterapi mulai dilakukan.

Perbedaan utama antara radioterapi dengan neutron dan sinar-

X adalah terletak pada cara interaksi berkas radiasi tersebut

dengan sel-sal kanker. Di sinilah neutron memiliki kelebihan

dibanding sinar-X.

Neutron berinteraksi secara langsung dengan inti atom H.

Bahan-bahan yang banyak mengandung H akan lebih banyak

menyerap energi neutron dibanding bahan lainnya

(3,8)

. Jaringan

lunak tubuh manusia sebagian besar terdiri atas air yang tentu

saja banyak mengandung atom H, sedangjaringan keras seperti

tulang tidak banyak mengandung H

(1)

. Berdasarkan perbedaan

kadar kandungan H ini, maka neutron dapat menghancurkan

sel kanker yang bersarang dalamjaringan lunak tanpa memberi

efek pada jaringan keras. Sedang sinar-X akan lebih banyak

terserap oleh jaringan keras, sehingga efeknya pun akan lebih

banyak menimpa jaringan tersebut.

Dalam siklus hidupnya, ada saatnya sel kanker berada da-

lam mesa istirahat. Dalam fase ini, sel kanker relatif tahan

terhadap radiasi dan mungkin tidak akan mati oleh penyinaran

dengan sinar-X

(1)

; akibamya dapat tumbuh lagi sebagai kanker

pasca penyinaran. Neutron mempunyai kelebihan dibandingkan

smar-X untuk radioterapi kanker yang perkembangannya

lambat, yang sebagian besar sel kankernya berada pada fasa

istirahat. Kerusakan besar pada sel kanker akibat penyerapan

energi neutron tidak memungkinkan sal kanker itu hidup lagi.

Dalam beberapa kasus penyakit kanker, ada suatu sel yang

dinamakan sel hypoxic, yaitu sel yang dapat hidup dan ber-

kembang biak meskipun kekurangan suplai oksigen. Sinar-X

ternyata kurang efektif untuk membunuh sel kanker semacam

ini, dibanding dengan kemampuannya dalam membunuh sel

yang banyak mendapatkan suplai oksigen. Kerusakan yang

ditimbulkan oleh sinar-X pada sal kanker sangat ditentukan

oleh keberadaan unsur oksigen di tempat itu. Neutron, karena

sebagian besar energinya diserap oleh atom H, dapat membunuh

sel hipoksik dengan kemampuan dua kali lipat dibandingkan

sinar-X.

Masalah yang dihadapi dalam pemanfaatan neutron untuk

radioterapi ini adalah diperlukannya main pembangkit neutron

bemama Cyclotron dalam ukuran besar untuk memproduksi

neutron berenergi tinggi. Neutron dengan energi rendah (7,5

MeV) hanya bisa dipakai untuk terapi kanker di debit permuka-

an tubuh. Sedang untuk menghancurkan sel kanker di kedalam-

an tubuh diperlukan neutron berenergi kinetik tinggi, yaitu

sekitar 30 MeV. Sayangnya neutron meropakan partikel yang

tidak bermuatan listrik, sehingga tidak bisa dipercepat untuk

memperbesar energinya di dalam akselerator

(3,4)

Sebagai langkah awal dalam pemanfaatan neutron untuk

radioterapi, kini telah berhasil dikembangkan main Cyclotron

baru yang mampu memproduksi neutron berenergi tinggi.

Cyclotron di Catterbredge mampu mempercepat proton hingga

berenergi 65,5 MeV. Proton itu selanjutnyaditabrakkan ke sasar-

an yang dibuat dari unsur Be untuk memproduksi neutron

dengan energi antara 3040 MeV. Neutron berenergi tinggi ini

mampu mencapai tumor yang bersarang di kedalaman tubuh.

RADIOTERAPI DENGAN INTI RINGAN

Suatu tim intermasional yang terdiri dari para ahli radio-

terapi, radiologi dan fisika nuklir dari negara-negara Eropa

Banat seperti Belgia, Perancis, Jarman, Italia, Netherland dan

Inggris telah melakukan studi untuk proyek akselerator medis

menggunakan inti ringan. Proyek ini dinamakan EULIMA

(European Light Ion Medical Accelerator). Inti ringan adalah

suatu inti atom bermuatan positif yang kehilangan semua

elektronnya sehingga ion itu hanya berisi proton dan neutron

(nukleon) yang terikat menjadi satu. Temtasuk dalam inti ringan

di sini adalah inti atom C, O dan Si. Meskipun inti-inti tersebut

lebih berat dibandingkan proton, namun pare abli fisika nuklir

cenderung mengatakannya sebagai inti ringan karena massanya

relatifjauh lebih ringan dibandingkan dengan inti beret seperti

uranium.

Inti ringan memiliki tiga keuntungan sekaligus jika dipakai

untuk radioterapi, yaitu

(1)

Inti ringan mengandung neutron, sehingga dapat secara

efektif menghancurkan sel kanker dibandingkan sinar-X dan

proton.

Inti ringan mengandung proton yang bermuatan listrik

sehingga dapat dipercepat di dalam akselerator dan diarahkan

ke sasaran dengan medan magnet dari bur tubuh pasien.

Inti ringan lebih brat dibandingkan partikel tunggal seperti

proton atau neutron, sehingga tidak mengalami banyak ham-

burn dalam menuju sasaran. Deegan demikian dapat ditembak-

kan ke sasaran lebih tepat dibandingkan proton.

Joseph Castro bersama timnya di Lawrence Berkeley Labo-

ratory di California merupakan perintis dalam penggunaan inti

ringan untuk radioterapi di awal tahun 1980-m. Mereka telah

melakukan pengobatan pasien tumor di kepala dan leher

dengan berkas ion inti C, O maupun Si. Hasil kaja Castro dan

kawankawannya itu telah menunjukkan bahwa inti ringan dapat

dimanfaatkan untuk radioterapi tumor yang secara normal

sangat sulit ditangani. Di samping itu, National Institute of

Radiobiological Science di Chiba, Jepang, telah membangun

akselerator medik berkekuatan besar yang mampu mempercepat

inti ringan seperti Si, Ar, He, C dan Ne.

PENUTUP DAN SARAN

Penelitian dalam rangka pemanfaatan pirtikel nuklir untuk

radioterapi memerlukan fasilitas yang canggih dan mahal. Di

samping itu, kegiatan tersebut juga melibatkan sumber daya

manusia terdidik dari berbagai disiplin ilmu. Melihat kenyataan

tersebut, pemanfaatan partikel nuklir untuk radioterapi masih

jauh untuk dapat dipraktekkan di Indonesia. Namun dari uraian

tadi cukup memberikan gambaran kepada kita tentang perlunya

kerja sama antar disiplin ilmu untuk paling tidak meniru pola

penelitian bersama yang dilakukan di negara-negara maju,

yaitu mengkoordinasikan berbagai fasilitas dan sumber daya

manusia yang ada untuk melakukan penelitian bersama dalam

Skala besar dengan biaya sangat maul.

Oleh sebab itu, tidak ada salahnya jika saat ini mulai dirintis

Cermin Dunia Kedokteran No. 122, 1999 15

jembatan kerjasama antar beberapa instansi terkait untuk mem-

biayai dan melakukan penelitian bersama. Kerja sama dalam

rangka pemanfaatan partikel nuklir untuk radioterapi ini akan

melibatkan beberapa instansi, seperti perguruan tinggi yang

memiliki sumber daya manusia cukup tangguh dalam fisika dan

instrumentasi nuklir, pusat-pusat riset fisika yang memiliki

peralwn canggih seperti BATAN dan LIPI saris rumah sakit

atau Departemen Kesehatan yang nantinya akan memanfaatkan

hasil penelitian yang diperoleh. Dengan kerja sama ini, biaya

penelitian yang sangat beser dapat ditanggung bersama.

Dengan kerjasamajuga dapat menghindari terjadinya duplikasi

penelitian. Manfaat yang lainnya tentu saja akan diperoleh

sinergi dan hasil penelitian yang bernilai tambah. Dalam hal ini

lembaga-lembaga penelitian dapat menerapkan hasil-hasil

penelitiannya untuk kepentingan masyarakat Luas.

KEPUSTAKAAN

1. Sutton C. Neuhun Attack Cancer, New Scientist. Sept 1985; pp. 403.

2. Sutton C. Subatomic Smeary Takes on the Tumour, New Scientist, August.

1988; pp. 504.

3. Taylor JR, Zafiratos CD. Modern Physics For Scientist and Eagineer. Prentice

Hall. Engelwood Cliffs, New Jersey: 07632,1991.

4. Kaplan I. Nuclear Physics, 2

ed. AddisonWesley Publ Co, London: 1979.

5. Barth RR et al. Boron Neutron Capture Therapy for Cancer, Scient Am.

October. 19%; pp. 6873.

6. Anonim. Research Reactor. Current status and Their Major Role. Tokai

Research Establishment Japan Atomic Energy Research Institute, Japan.

7. Cohen BL Concept of Nuclear Physic, Tata McgrawHill Publ Co Ltd.. New

Delhi: 1982.

8. Krane KS. At Modern (Cetakan I, terjemahan oleh Hans J. Wospakrik &

Sofia Niksolihin). Penerbit Universitas Indonesia , Salemba 4 Jakarta 10430

(1992).

He who lends money to a friend loses doubly

Cermin Dunia Kedokteran No. 122, 1999