Η θερμοακτινοθεραπεία είναι μια θεραπεία καρκίνου στην οποία η υπερθερμία - θέρμανση του όγκου σε θερμοκρασία πάνω από τη θερμοκρασία του σώματος - χρησιμοποιείται για να ενισχύσει την αποτελεσματικότητα της ακτινοθεραπείας. Το ποσό αυτής της ενίσχυσης εκφράζεται ως EQDRT, την ισοδύναμη δόση ακτινοβολίας που απαιτείται για να επιτευχθεί το ίδιο θεραπευτικό αποτέλεσμα χωρίς θέρμανση.
Κλινικές δοκιμές έχουν δείξει ότι αυτή η προσέγγιση μπορεί να βελτιώσει σημαντικά τα αποτελέσματα της θεραπείας σε αρκετούς τύπους όγκων, χωρίς να αυξήσει την τοξικότητα των φυσιολογικών ιστών. Προηγούμενες μελέτες έδειξαν επίσης ότι τόσο η θερμοκρασία που επιτυγχάνεται όσο και το χρονικό διάστημα μεταξύ ακτινοθεραπείας και υπερθερμίας επηρεάζουν το κλινικό αποτέλεσμα.
Για να κατανοήσουν αυτή τη διαδικασία με περισσότερες λεπτομέρειες και να βοηθήσουν στη βελτιστοποίηση των θεραπειών, οι ερευνητές στο UMC του Άμστερνταμ έχουν χρησιμοποιήσει βιολογικά μοντέλα για να διερευνήσουν την επίδραση της μέγιστης θερμοκρασίας και του χρονικού διαστήματος στην EQDRT. Περιγράφοντας τα ευρήματά τους στο International Journal of Radiation Oncology Biology Physics, αναφέρουν ότι τόσο οι υψηλές θερμοκρασίες όσο και τα μικρά χρονικά διαστήματα είναι απαραίτητα για τη μεγιστοποίηση της θεραπευτικής ενίσχυσης.
Βιολογικό μοντέλο
Για τη διενέργεια θερμοακτινοθεραπείας, οι κλινικοί γιατροί χρησιμοποιούν μια συσκευή ραδιοσυχνοτήτων ή μικροκυμάτων για να εφαρμόσουν θερμότητα στον όγκο μία ή δύο φορές την εβδομάδα, είτε πριν είτε μετά από μια συνεδρία ακτινοθεραπείας. Η θερμοκρασία του όγκου διατηρείται κάτω από 45°C για να αποτραπεί η θέρμανση του φυσιολογικού ιστού, αλλά μερικές φορές μπορεί να εμφανιστούν ανεπιθύμητα (και επώδυνα) hot spots, τα οποία περιορίζουν το μέγιστο ανεκτό επίπεδο ισχύος που μπορεί να χρησιμοποιηθεί κατά τη διάρκεια μιας θεραπείας υπερθερμίας.
Πρώτος συγγραφέας Πέτρα Κοκ και οι συνάδελφοι ανέπτυξαν λογισμικό για να μοντελοποιήσουν τις βιολογικές επιδράσεις της ακτινοθεραπείας και της υπερθερμίας όσον αφορά τις ισοδύναμες κατανομές δόσεων. Το μοντέλο, το οποίο αντιπροσωπεύει την αναστολή της επιδιόρθωσης του DNA από την υπερθερμία, καθώς και την άμεση κυτταροτοξικότητα που προκαλείται από τη θερμότητα, επιτρέπει την αξιολόγηση της ποιότητας των συνδυασμένων σχεδίων θεραπείας χρησιμοποιώντας τυπικά ιστογράμματα δόσης-όγκου.
Για να αποκτήσει βασική εικόνα για τον αντίκτυπο των παραμέτρων υπερθερμίας, η ομάδα υπολόγισε αρχικά την ενίσχυση μιας τυπικής κατανομής δόσης 23 × 2 Gy με ομοιογενείς θερμοκρασίες μεταξύ 37 και 43 °C, για χρονικά διαστήματα μεταξύ 0 και 4 ωρών.
Το μοντέλο έδειξε ότι το EQDRT αυξήθηκε σημαντικά τόσο με την αύξηση της θερμοκρασίας όσο και με τη μείωση του χρονικού διαστήματος. Για ένα χρονικό διάστημα 1 ώρας, για παράδειγμα, προέβλεψε ένα EQDRT αύξηση 2–15 Gy για θερμοκρασίες από 39 έως 43°C. Αυτά τα ευρήματα υπογραμμίζουν τη σημασία της επίτευξης της υψηλότερης ανεκτής θερμοκρασίας όγκου για τη βελτιστοποίηση της κλινικής έκβασης.
Η επίδραση του χρονικού διαστήματος ήταν πιο έντονη σε υψηλότερες θερμοκρασίες (πάνω από 41°C). Σε τυπική υπερθερμική θερμοκρασία 41.5°C, ένα EQDRT αύξηση περίπου 10 Gy επιτεύχθηκε με ένα χρονικό διάστημα 0 h. Αυτό μειώθηκε σε περίπου 4 Gy ενίσχυση με ένα διάστημα 4 ωρών, υποδεικνύοντας ότι καθώς αυξάνεται το χρονικό διάστημα, απαιτείται υψηλότερη θερμοκρασία για να πραγματοποιηθεί το ίδιο αποτέλεσμα.
Κλινικές περιπτώσεις
Στη συνέχεια, οι ερευνητές αξιολόγησαν ρεαλιστικά σενάρια θεραπείας με βάση ανομοιογενείς κατανομές θερμοκρασίας και κλινικά σχέδια ακτινοθεραπείας. Υπολόγισαν το EQDRT για 10 ασθενείς με τοπικά προχωρημένο καρκίνο του τραχήλου της μήτρας. Όλοι οι ασθενείς είχαν λάβει 23 × 2 Gy ογκομετρικά διαμορφωμένη θεραπεία τόξου (VMAT), με υπερθερμία που εφαρμόζεται εβδομαδιαία κατά τη διάρκεια της θεραπείας.
Όπως φαίνεται με τις ομοιόμορφες θερμοκρασίες, EQDRT ήταν μεγαλύτερο για το μικρότερο χρονικό διάστημα. Όταν εφαρμόστηκε υπερθερμία αμέσως πριν ή μετά την ακτινοθεραπεία (0 h χρονικό διάστημα), η μέση EQDRT στο 95% του όγκου (D95%) ήταν 51.7 Gy – κέρδος 6.3 Gy μόνο από την ακτινοβολία. Η αύξηση του χρονικού διαστήματος στις 4 ώρες μείωσε αυτό το κέρδος σε 2.2 Gy.
Το μοντέλο προέβλεψε ότι το μεγαλύτερο μέρος της αύξησης της δόσης χάνεται μέσα στην πρώτη ώρα. Για κλινική χρήση, επομένως, ο χρόνος μεταξύ ακτινοθεραπείας και χορήγησης υπερθερμίας θα πρέπει να είναι όσο το δυνατόν μικρότερος – ιδανικά από ασθενείς που λαμβάνουν και τις δύο θεραπείες στο ίδιο νοσοκομείο. Η ομάδα σημειώνει ότι ενώ η σειρά των δύο θεραπειών δεν είναι κλινικά σχετική, καθώς χρειάζεται χρόνος για να θερμανθεί ο όγκος, η εφαρμογή υπερθερμίας πρώτα θα μπορούσε να επιτρέψει σημαντικά μικρότερα χρονικά διαστήματα, ακόμη και κοντά στις 0 ώρες.
Τέλος, οι ερευνητές μοντελοποίησαν τον αντίκτυπο της επίτευξης ελαφρώς χαμηλότερων θερμοκρασιών όγκου από τις προγραμματισμένες, λόγω της εμφάνισης καυτών σημείων που περιορίζουν τη θεραπεία. Η επίδραση στην EQDRT ήταν πιο έντονο για ένα μικρό χρονικό διάστημα μεταξύ ακτινοθεραπείας και υπερθερμίας. Για 1°C χαμηλότερη θερμοκρασία και χρονικό διάστημα 0 ωρών, για παράδειγμα, η μέση προβλεπόμενη EQDRT(D95%) μειώθηκε κατά 1.8 Gy (από 51.7 σε 49.9 Gy). για ένα διάστημα 4 ωρών, η μείωση ήταν περίπου 0.7 Gy.
Η ακτινοθεραπεία είναι πιο αποτελεσματική σε θερμαινόμενους όγκους
Σε περιπτώσεις όπου δεν εμφανίζονται καυτά σημεία, μπορεί να είναι δυνατή η αύξηση της ισχύος εξόδου και η επίτευξη υψηλότερης θερμοκρασίας από την προγραμματισμένη. Για άλλη μια φορά, το όφελος από την επίτευξη υψηλότερης θερμοκρασίας ήταν μεγαλύτερο για μικρότερα χρονικά διαστήματα, με το ακριβές κέρδος να εξαρτάται από τις πραγματικές θερμοκρασίες που επιτυγχάνονται.
«Η βιολογική μοντελοποίηση παρέχει σχετική εικόνα για τη σχέση μεταξύ των παραμέτρων θεραπείας και της αναμενόμενης EQDRT», καταλήγουν ο Kok και οι συνεργάτες του. «Τόσο οι υψηλές θερμοκρασίες όσο και τα μικρά χρονικά διαστήματα είναι απαραίτητα για τη μεγιστοποίηση της EQDRT.
