Die Echtzeitüberwachung der Sauerstoffversorgung des Gehirngewebes könnte die Strahlentherapie personalisieren

Durchblutung und Sauerstoffversorgung von Tumoren verändern sich in den ersten Wochen der Strahlentherapie. Wissenschaftler glauben derzeit, dass die Reoxygenierung aufgrund von Tumorschrumpfung, verringertem Sauerstoffverbrauch und erhöhter Durchblutung erfolgt. Kliniker hoffen, dass diese und andere mögliche Veränderungen genutzt werden könnten, um das Ansprechen eines Patienten auf die Strahlentherapie zu verbessern.

In einem möglichen Schritt hin zu personalisierten Krebsbehandlungen verwenden Forscher in Finnland die funktionelle Nahinfrarotspektroskopie (fNIRS), um die Hämoglobinkonzentration, einen indirekten Indikator für die Sauerstoffversorgung des Gewebes, während der Ganzhirnstrahlentherapie in Echtzeit zu messen.

Teemu Myllylä von dem Universität von Oulu leitet die fNIRS-Forschung in Zusammenarbeit mit Juha Nikkinen, Chefphysiker in der Abteilung für klinische medizinische Physik der Strahlentherapie an Oulu Universitätsklinikum. Das Ziel ihrer Forschungsstudien, sagt Myllylä, ist die Anwendung von fNIRS, um damit zu beginnen, einige der Lücken in unserem Wissen über die Oxygenierung und Reaktion von Gewebe und Tumoren während und nach der Strahlentherapie zu schließen.

Die funktionelle Nahinfrarotspektroskopie wird seit mehreren Jahrzehnten verwendet, um die Gehirnaktivität in Echtzeit als Reaktion auf verschiedene Stimuli und kognitive Aufgaben zu untersuchen. Der relativ kostengünstige, tragbare und nicht-invasive Ansatz kann die zerebrale Hämodynamik bis zu 2 cm tief im erwachsenen menschlichen Gehirn messen. Das fNIRS-Gerät verwendet Infrarotlicht, um Echtzeitänderungen der regionalen Konzentrationen von Hämoglobin im Gehirn zu messen – ein Ersatz für Änderungen des Blutvolumens und damit auch dafür, wie gut Sauerstoff ins Gewebe gelangt.

In ihrer jüngsten Proof-of-Concept-Studie, berichtet in der Zeitschrift für biomedizinische Optikverwendeten die Forscher fNIRS, um die Hämoglobinkonzentration während einer palliativen Ganzhirnstrahlentherapie zu messen. Das Team beobachtete während der Behandlungen bei 10 Patienten, die sich mehreren Ganzhirnbestrahlungen unterzogen, einen erhöhten Blutfluss. Vor der Bestrahlung oder nach Beendigung der Bestrahlung wurde keine Wirkung beobachtet.

Das Team befestigte faseroptische Spitzen für das Multiwellenlängen-fNIRS-Gerät senkrecht zum Gehirn und bestätigte, dass sie den Aufbau oder die Abgabe von Strahlung nicht störten. Die Strahlendosis wurde unter Verwendung einer Ganzhirnstrahlentherapie mit statischem Feld abgegeben, die zwei entgegengesetzte 6-MV-Felder umfasste. Eine vorwärtsintensitätsmodulierte Strahlentherapie, die kleinere Felder aus der gleichen Richtung wie die Hauptfelder hinzufügt, wurde angewendet, um eine homogene Dosisabdeckung des gesamten Gehirns zu erreichen.

Da ein NIRS-Gerät nur die relative Konzentration von Hämoglobin im gesamten Gehirn misst, haben verschiedene Patienten unterschiedliche fNIRS-Signalamplituden. Die Forschenden normalisierten die Signalamplituden, indem sie das fNIRS-Signal in einem sehr niederfrequenten Band filterten und dann das Signal zu Beginn der Bestrahlung von ganzen entsprechenden Signalen subtrahierten. Sie verwendeten Ruhezustandsdaten von Hunderten von gesunden Personen als Kontrolldaten.

Tumorhypoxie, die während der Strahlentherapie in Echtzeit verfolgt wird

Das Team sammelt nun fNIRS-Daten von Teilnehmern mit soliden Tumoren, um zu versuchen, zwischen Hämoglobinkonzentrationen in Tumor- und gesundem Gewebe zu unterscheiden und die Reaktion des Tumors auf Bestrahlung zu untersuchen. Sie untersuchen auch, warum sie Unterschiede in der Gewebesauerstoffversorgung zwischen der ersten und zweiten Bestrahlung in ihrem beobachteten Zeitschrift für biomedizinische Optik lernen. Mögliche Erklärungen sind eine geringere absorbierte Dosis bei der zweiten Bestrahlung, Multileaf-Kollimator- oder andere Messaufbaueffekte oder physiologische Reaktionen.

„Die [fNIRS]-Technologie ist in klinischen Umgebungen einfach anzuwenden und stört oder verlangsamt die normalen Strahlentherapieverfahren, die an Patienten durchgeführt werden, praktisch nicht“, sagt Myllylä. „Es besteht ein hohes Potenzial, fNIRS in klinischen Situationen zu nutzen, da es eine sichere Technik ist und praktisch in Kombination mit allen derzeit verwendeten klinischen Neuroimaging- und Therapietechniken eingesetzt werden kann.“

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• Quelle: https://physicsworld.com/a/real-time-monitoring-of-brain-tissue-oxygenation-could-personalize-radiotherapy/