Partikkeliterapia – syövän hoito protoni- tai raskaampien ionien säteillä – mahdollistaa erittäin mukautuvan annostelun ja säästää normaaleja kudoksia paremmin kuin tavanomainen fotonipohjainen sädehoito. Pitkäaikaisille syövästä selviytyneille säteilyn aiheuttaman sekundaarisyövän (SC) riski on kuitenkin tärkeä, ja se tulee ottaa huomioon valittaessa heidän hoitomuotoaan.
Epidemiologisen tiedon ollessa niukkaa uudemmista hoidoista, kuten protoni- ja hiili-ioniterapiasta, ryhmä johti GSI Helmholtzin raskaiden ionien tutkimuskeskus kehittää mallia, jolla verrataan SC-riskejä hiukkasterapiamenetelmien välillä. Malli, jonka on kuvannut Antonia Hufnagl ja kollegat sisään Lääketieteellinen fysiikka, voitaisiin lopulta sisällyttää hoidon suunnittelujärjestelmiin, jotta SC-riski sisällytettäisiin lisäoptimointikriteerinä.
Tappavat ja syöpää aiheuttavat tapahtumat
SC-riskimallit toimivat tyypillisesti ottamalla huomioon tasapainon solujen tappamisen (joka johtaa syövän suppressioon) ja solutransformaatioiden (mutaatioiden, jotka lopulta johtavat syöpään) välillä. Todennäköisyys, että säteilytetty tilavuus kehittää syöpää, määritellään käyttämällä lineaari-quadratic (LQ) -mallia, joka tarjoaa yksinkertaisen suhteen solujen eloonjäämisen ja toimitetun fotoniannoksen välillä.
Tässä tutkimuksessa tutkijat käyttivät paikallista vaikutusmallia (LEM) ennustaakseen SC-induktion suhteellisen biologisen tehokkuuden (RBE) hiukkashoidon jälkeen. Hiukkassäteilyn lisääntyneen RBE:n huomioon ottamiseksi he korvasivat fotonien LQ-parametrit riskimallissa LEM:n ennustamilla ionisäteen LQ-parametreilla. Keskeinen piirre heidän lähestymistavassaan on LEM:n käyttö sekä solujen tappamisessa että syövän induktiossa.
"LEM:n kaksinkertainen käyttö heijastaa kilpailua kahden SC:n kehityksen määräävän pääprosessin välillä, nimittäin solujen transformaation ja solujen tappamisen", selittää vanhempi kirjoittaja. Michael Scholz. ”Annosta ja/tai tehokkuutta nostamalla solujen tappaminen voi tukahduttaa transformoituneiden solujen elinkelpoisuuden. Tämä johtaa monimutkaiseen vuorovaikutukseen, jota ei voi yksinkertaisesti heijastaa muuten yksivaiheisessa menettelyssä."
Tutkiakseen, mitkä tekijät vaikuttavat SC-riskiin, tutkijat käyttivät TPS TRIP98 -suunnittelujärjestelmää luodakseen biologisesti optimoituja hiili-ioni- ja protonikäsittelysuunnitelmia idealisoidun geometrian perusteella. Suunnitelmissa säteilytettiin 4x4x4 cm:n kohde yhdellä hiukkassädellä tai kahdella vastakkaisella säteellä, ja kohteen edessä oli 4x4x1 cm:n riskielin (OAR). LEM:n syötteenä käytettyjen fotonien LQ-parametrien epävarmuuden vuoksi he arvioivat protoni-hiili-ioni-riskisuhteita yksittäisten riskiarvojen sijaan.
Näille idealisoiduille asetuksille malli ei osoittanut selkeää etusijaa protoneille tai hiili-ioneille, mutta paljasti monimutkaisen riippuvuuden useista parametreista. Hiili-ionien vähentynyt sivuttainen sironta johtaa pienempään SC-riskiin kuin protonit sisääntulokanavassa. Hiili-ionit keräävät kuitenkin suuremman annoksen kohteen taakse fragmentoitumishännän vuoksi, mikä lisää SC-riskiä kasvaimen takana oleville OAR:ille hiili-ionisäteilytyksen jälkeen.
Yksisäteisissä suunnitelmissa SC:n kokonaisriski oli noin 1.5 kertaa suurempi hiili-ioneilla kuin protoneilla. Kahdella vastakkaisella sädellä SC:n kokonaisriski oli 1.16 kertaa suurempi protoneilla, vaikka tämä vaihteli voimakkaasti riippuen oletetun herkän tilavuuden avaruudellisesta sijainnista suhteessa kohdetilavuuteen.
Kudosten säteilyherkkyydellä (fotoneille) oli suuri vaikutus SC-riskisuhteeseen, sillä radioresistentit OAR:t hyötyivät hiili-ionikäsittelystä ja herkät OAR:t protonisäteistä. Sitä vastoin fraktiointijärjestelmällä oli vain vähän vaikutusta odotettuihin riskiarvoihin.
Potilaan geometria
Kliinisten skenaarioiden tutkimiseksi Scholz ja kollegat arvioivat SC-riskit 10 eturauhassyöpäpotilaalle, joita aiemmin hoidettiin fotonisädehoidolla Karolinskan yliopistollisessa sairaalassa. He loivat potilaille hoitosuunnitelmat käyttämällä kahta sivusuunnassa vastakkaista skannattua protoni- ja hiili-ionikenttää.
Kuten aiemmin on nähty, hiili-ionien fragmentoitumispyrstö johti suureen pieniannoksiseen alueeseen kohteen takana. Suuren annoksen kohdealue oli kuitenkin mukaisempi hiili-ionin suhteen kuin protonisuunnitelmat.
Ryhmä laski protoni-hiili-ioni-SC-riskisuhteet neljälle OAR:lle (rakko, peräsuoli, luut ja iho) 10 potilaalle. Luulle ja iholle protonisuunnitelmat tuottivat hieman korkeamman SC-riskin kuin hiili-ionisuunnitelmat, ja mediaaniriskisuhteet olivat 1.19 ja 1.06 luun ja ihon osalta. Virtsarakon ja peräsuolen osalta protonisuunnitelmat johtivat kuitenkin merkittävästi pienempään SC-riskeihin. Virtsarakon riskisuhteet olivat 0.68 ja peräsuolessa 0.49.
Tutkijat päättelevät, että tämän mallin avulla saadut oivallukset voivat auttaa optimoimaan tulevia hoitoja. Suhteellisen riskin mallinnus soveltuu tällä hetkellä lähinnä työkaluksi eri potilasryhmien eri hoitoskenaarioiden vertailuun. Mutta Scholz huomauttaa, että tällaisten mallien sisällyttäminen yksittäisten potilaiden hoidon suunnitteluun olisi yksinkertaista.
Hiili-ioniverkkohoito säästää tervettä kudosta
"Se vaatii vain tietyn annosjakauman suunnittelun suorittamista kahdella erilaisella biologisella parametrijoukolla, jotka edustavat solujen tappamista ja solun transformaatioprosessia", hän selittää. "Sitten vain jonkin verran tuloksena olevien 3D-tehostejakaumien jälkikäsittelyä tavallisilla matemaattisilla työkaluilla tarvitaan vastaavien riskisuhdejakaumien johtamiseksi."
Seuraava askel, hän sanoo, on mallin validointi vertaamalla kliinisiin tietoihin. "Koska nämä tiedot ovat tällä hetkellä niukat, lähestymistavan laajentaminen myös fotonikäsittelyihin ja protonien ja fotonien sekä hiili-ionien ja fotonien vastaavien riskisuhteiden määrittäminen olisi tärkeä seuraava askel", Scholz kertoo. Fysiikan maailma.
