Η θεραπεία με πρωτόνια μπορεί να προσφέρει εξαιρετικά ομοιόμορφες κατανομές δόσεων σε έναν στόχο όγκου, ενώ ελαχιστοποιεί τη δόση σε ιστούς εκτός του όγκου στόχου. Η δημιουργία σχεδίων θεραπείας που αντιλαμβάνονται αυτή τη δύναμη είναι κορυφαία προτεραιότητα για τους δοσιμετριστές και τους ιατρικούς φυσικούς.
Τα πρωτόνια καταθέτουν τη δόση με έναν ριζικά διαφορετικό τρόπο από τις ακτίνες Χ, έναν άλλο τύπο θεραπείας με εξωτερική ακτινοβολία. Καθώς ένα πρωτόνιο φτάνει στο τέλος της τροχιάς του, ο ρυθμός με τον οποίο η ενέργειά του μεταφέρεται στον ιστό – η γραμμική μεταφορά ενέργειας (LET), εκφρασμένη σε keV/μm – αυξάνεται.
Η σχετική βιολογική αποτελεσματικότητα (RBE) καταγράφει τις βιολογικές επιπτώσεις της αύξησης του LET και μια σταθερή τιμή RBE 1.1 εφαρμόζεται συχνά για κλινικές θεραπείες πρωτονίων. Αλλά το πρωτόνιο RBE εξαρτάται από πολλούς άλλους παράγοντες, συμπεριλαμβανομένων των κλινικών καταληκτικών σημείων, του τύπου ιστού, του σχήματος κλασματοποίησης, της ειδικής για τον ασθενή ραδιοευαισθησίας, της φυσικής δόσης και των αβεβαιοτήτων στις πειραματικές μετρήσεις. Ως αποτέλεσμα, η χρήση μιας σταθερής τιμής RBE στη θεραπεία πρωτονίων πιθανότατα υποτιμά το RBE σε θέσεις υψηλού LET, γεγονός που θα μπορούσε να οδηγήσει σε αυξημένο κίνδυνο τοξικοτήτων που προκαλούνται από την ακτινοβολία.
Ακόμα, το LET συσχετίζεται ισχυρά με το RBE και είναι ένας βασικός παράγοντας για τον προσδιορισμό του μεταβλητού RBE στη θεραπεία με πρωτόνια. Ως εκ τούτου, οι ερευνητές διερευνούν προσεγγίσεις για τον υπολογισμό και την αξιολόγηση του LET κατά τον σχεδιασμό της θεραπείας. Αυτά τα εργαλεία σχεδιασμού βιολογικής θεραπείας είναι περιορισμένα, ωστόσο, και έως ότου αναπτυχθούν και μελετηθούν περαιτέρω, οι κλινικές πρέπει να προσδιορίσουν τις δικές τους πρακτικές σχεδιασμού θεραπείας για να ελαχιστοποιήσουν το LET εκτός των στόχων, λέει Όστιν Φατ, ιατρός φυσικός στο St Jude Children's Research Hospital στο Τενεσί.
«Το πώς να επηρεάσετε τη [διανομή LET] είναι ένας ενεργός τομέας έρευνας και υπάρχουν μερικές εξαιρετικές μέθοδοι υπό ανάπτυξη», εξηγεί ο Faught. «Το πρόβλημα που αντιμετωπίζουμε είναι ότι αυτά δεν είναι άμεσα διαθέσιμα χωρίς προσαρμοσμένο λογισμικό που έχει αναπτυχθεί εσωτερικά ή μέσω ειδικών ερευνητικών εκδόσεων εφαρμογών που παρέχονται από τον προμηθευτή… [και υπάρχουν] λίγες μελέτες που παρέχουν ποσοτική καθοδήγηση για το τι πρέπει να στοχεύσουμε».
Στρατηγικές σχεδιασμού θεραπείας
Σε ένα βήμα προς την αξιολόγηση και τη βελτιστοποίηση του σχεδίου βάσει LET για τη θεραπεία με φωτόνια, ο Faught και η ομάδα του πραγματοποίησαν μια έρευνα στρατηγικών σχεδιασμού που είναι εμπορικά διαθέσιμες σε κλινικές ομάδες για θεραπεία πρωτονίων διαμορφωμένης έντασης (IMPT). Η μελέτη τους, που αναφέρεται στο Journal of Applied Clinical Medical Physics, εισάγει κάποιες οδηγίες για τους σχεδιαστές θεραπείας θεραπείας πρωτονίων. «Θέλαμε να δούμε μερικές άμεσα διαθέσιμες τεχνικές σχεδιασμού θεραπείας και πώς μπορεί να επηρεάσουν το LET», εξηγεί ο Faught.
Οι ερευνητές αξιολόγησαν τις διαφορές στο σταθμισμένο με δόση LET (LETd) μεταξύ οκτώ προσεγγίσεων σχεδιασμού θεραπείας που βασίζονται σε εμπρός που εφαρμόζονται σε ένα κυλινδρικό φάντασμα νερού και σε τέσσερις περιπτώσεις παιδιατρικού όγκου εγκεφάλου (Ο Faught σημειώνει ότι οι τοξικότητες που προκαλούνται από την ακτινοβολία αποτελούν μια περιοχή εστίασης για την ομάδα). Συνέκριναν αυτές τις στρατηγικές σχεδιασμού με ένα σχέδιο που χρησιμοποιεί αντίθετες πλευρικές δοκούς (για το φάντασμα) ή με το αρχικό κλινικό σχέδιο (για ασθενείς), χρησιμοποιώντας δευτερεύοντες υπολογισμούς Monte Carlo για την αξιολόγηση τόσο της δόσης όσο και της LETd.
Οι ερευνητές ανακάλυψαν ότι η γεωμετρία του πεδίου θεραπείας συνέβαλε περισσότερο στη θέση των περιοχών με υψηλό LET. Για να μετριαστεί ο πιθανός αντίκτυπος των βιολογικών αβεβαιοτήτων που σχετίζονται με το υψηλό LETd, προτείνουν στους σχεδιαστές θεραπείας να χρησιμοποιούν μεγάλες γωνίες τομής μεταξύ των δοκών επεξεργασίας και να αποφεύγουν δοκούς που σταματούν αμέσως κοντά σε κρίσιμες δομές.
«Αυτά είναι σπουδαία νέα, καθώς σημαίνει ότι η προσεκτική επιλογή του αριθμού των πεδίων θεραπείας και ο προσανατολισμός τους σε σχέση με τους κοντινούς ιστούς υγείας μπορεί να είναι αποτελεσματική», λέει ο Faught. «Με κάποια συνειδητή, εκ των προτέρων σκέψη, αυτό είναι κάτι που μπορούν να λάβουν υπόψη όλοι οι σχεδιαστές θεραπείας κατά τη διαδικασία σχεδιασμού».
Οι ερευνητές διαπίστωσαν επίσης ότι η χρήση ενός μετατοπιστή εύρους μείωσε σημαντικά το μέσο LETd στον κλινικό όγκο στόχο. Ως αποτέλεσμα, συνιστούν τη χρήση μετατοπιστών απόστασης και εναλλακτικών στρατηγικών περιορισμών τοποθέτησης σε σημείο με φειδώ και μόνο όταν οι κλινικές μπορούν να υπολογίσουν το LET που προκύπτειd για την αξιολόγηση έναντι εναλλακτικών στρατηγικών σχεδιασμού.
Λόγω του μικρού μεγέθους δείγματος της μελέτης, οι ερευνητές δεν μπόρεσαν να καθορίσουν μια σαφή τάση στο LETd διαφοροποιήσεις στις κλινικές περιπτώσεις. Δεν αξιολόγησαν τη σχέση μεταξύ των αλλαγών στο LET και μιας αλλαγής στην πιθανότητα ελέγχου του όγκου ή επιπλοκών φυσιολογικού ιστού.
Τα σχέδια που βασίζονται στο LET βελτιστοποιούν τη θεραπεία πρωτονίων
Ενώ τα αποτελέσματα κάθε προσέγγισης σχεδιασμού σε περιοχές με υψηλό LET ήταν μέτρια, ο Faught λέει ότι είναι σημαντικό να αναγνωρίσουμε ότι οι στρατηγικές και οι συστάσεις του σχεδιασμού θεραπείας της ομάδας βασίζονται σε στοιχεία και μπορούν εύκολα να εφαρμοστούν στην κλινική πράξη.
«Ελπίζω ότι ένα από τα βασικά σημεία είναι ότι εμείς, ως τομέας, θα επωφεληθούμε από εμπορικά εργαλεία που επιτρέπουν τον υπολογισμό του LET εντός του συστήματος σχεδιασμού θεραπείας. Ακόμα καλύτερα, θα θέλαμε να έχουμε τρόπους βελτιστοποίησης έχοντας κατά νου το LET. Αυτή η μελέτη ήταν μια καλή γέφυρα έως ότου αυτά τα εργαλεία είναι πιο ευρέως διαθέσιμα», λέει ο Faught.
