कण थेरेपी - प्रोटॉन या भारी आयनों के बीम का उपयोग करके कैंसर का उपचार - पारंपरिक फोटॉन-आधारित रेडियोथेरेपी की तुलना में अत्यधिक अनुरूप खुराक वितरण और सामान्य ऊतकों की अधिक बचत प्रदान करता है। लेकिन लंबे समय तक कैंसर से बचे लोगों के लिए, विकिरण-प्रेरित माध्यमिक कैंसर (एससी) का जोखिम महत्वपूर्ण है, और उनके उपचार के तरीके का चयन करते समय इस पर विचार किया जाना चाहिए।
प्रोटॉन और कार्बन-आयन थेरेपी जैसे नए उपचारों के लिए महामारी विज्ञान डेटा दुर्लभ होने के कारण, एक टीम का नेतृत्व किया गया भारी आयन अनुसंधान के लिए जीएसआई हेल्महोल्ट्ज़ केंद्र कण चिकित्सा पद्धतियों के बीच एससी जोखिमों की तुलना करने के लिए एक मॉडल विकसित कर रहा है। मॉडल, द्वारा वर्णित एंटोनिया हफनाग्ल और सहकर्मियों में चिकित्सा भौतिकी, अंततः एक अतिरिक्त अनुकूलन मानदंड के रूप में एससी जोखिम को शामिल करने के लिए उपचार योजना प्रणालियों में शामिल किया जा सकता है।
घातक बनाम कार्सिनोजेनिक घटनाएँ
एससी जोखिम मॉडल आम तौर पर कोशिका हत्या (कैंसर दमन के लिए अग्रणी) और कोशिका परिवर्तन (उत्परिवर्तन का प्रेरण जो अंततः कैंसर का कारण बनता है) के बीच संतुलन पर विचार करके काम करते हैं। विकिरणित मात्रा से कैंसर विकसित होने की संभावना को रैखिक-द्विघात (एलक्यू) मॉडल का उपयोग करके परिभाषित किया गया है, जो कोशिका अस्तित्व और वितरित फोटॉन खुराक के बीच एक सरल संबंध प्रदान करता है।
इस अध्ययन में, शोधकर्ताओं ने कण चिकित्सा के बाद एससी प्रेरण की सापेक्ष जैविक प्रभावशीलता (आरबीई) की भविष्यवाणी करने के लिए स्थानीय प्रभाव मॉडल (एलईएम) का उपयोग किया। कण विकिरण के बढ़े हुए आरबीई को ध्यान में रखते हुए, उन्होंने जोखिम मॉडल में फोटॉन एलक्यू मापदंडों को एलईएम द्वारा अनुमानित आयन-बीम एलक्यू मापदंडों के साथ बदल दिया। उनके दृष्टिकोण की एक प्रमुख विशेषता कोशिका हत्या और कैंसर प्रेरण दोनों शर्तों में एलईएम का उपयोग है।
वरिष्ठ लेखक बताते हैं, "एलईएम का दोहरा उपयोग एससी विकास को निर्धारित करने वाली दो प्रमुख प्रक्रियाओं, अर्थात् कोशिका परिवर्तन और कोशिका हत्या, के बीच प्रतिस्पर्धा को दर्शाता है।" माइकल स्कोल्ज़. “बढ़ती खुराक और/या प्रभावशीलता के साथ, कोशिका हत्या रूपांतरित कोशिकाओं की व्यवहार्यता को दबा सकती है। यह एक जटिल परस्पर क्रिया की ओर ले जाता है, जिसे एक-चरणीय प्रक्रिया में अन्यथा आसानी से प्रतिबिंबित नहीं किया जा सकता है।
यह जांचने के लिए कि कौन से कारक एससी जोखिम को प्रभावित करते हैं, शोधकर्ताओं ने एक आदर्श ज्यामिति के आधार पर जैविक रूप से अनुकूलित कार्बन-आयन और प्रोटॉन उपचार योजनाएं तैयार करने के लिए टीपीएस टीआरआईपी98 योजना प्रणाली का उपयोग किया। योजनाओं ने एक कण किरण या दो विपरीत किरणों के साथ 4x4x4 सेमी लक्ष्य को विकिरणित किया, लक्ष्य के सामने 4x4x1 सेमी अंग-जोखिम (ओएआर) के साथ। एलईएम के लिए इनपुट के रूप में उपयोग किए जाने वाले फोटॉन एलक्यू मापदंडों में अनिश्चितताओं के कारण, उन्होंने व्यक्तिगत जोखिम मूल्यों के बजाय प्रोटॉन-टू-कार्बन आयन जोखिम अनुपात का अनुमान लगाया।
इन आदर्श सेट-अप के लिए, मॉडल ने प्रोटॉन या कार्बन आयनों के लिए स्पष्ट प्राथमिकता नहीं दिखाई, लेकिन विभिन्न मापदंडों पर एक जटिल निर्भरता का खुलासा किया। कार्बन आयनों के कम पार्श्व प्रकीर्णन से प्रवेश चैनल में प्रोटॉन की तुलना में एससी जोखिम कम होता है। हालाँकि, कार्बन आयन विखंडन पूंछ के कारण लक्ष्य के पीछे एक उच्च खुराक जमा करते हैं, जिससे कार्बन-आयन विकिरण के बाद ट्यूमर के पीछे ओएआर के लिए एससी जोखिम बढ़ जाता है।
एकल-बीम योजनाओं के लिए, प्रोटॉन की तुलना में कार्बन आयनों के लिए कुल एससी जोखिम लगभग 1.5 गुना अधिक था। दो विपरीत किरणों के साथ, प्रोटॉन के लिए कुल एससी जोखिम 1.16 गुना अधिक था, हालांकि यह लक्ष्य मात्रा के संबंध में अनुमानित संवेदनशील मात्रा के स्थानिक स्थान के आधार पर दृढ़ता से भिन्न था।
ऊतक रेडियो संवेदनशीलता (फोटॉनों के प्रति) का एससी जोखिम अनुपात पर बड़ा प्रभाव पड़ा, रेडियोप्रतिरोधी ओएआर को कार्बन-आयन उपचार से लाभ हुआ और संवेदनशील ओएआर को प्रोटॉन बीम से लाभ हुआ। इसके विपरीत, विभाजन योजना का अपेक्षित जोखिम मूल्यों पर बहुत कम प्रभाव पड़ा।
रोगी ज्यामिति
नैदानिक परिदृश्यों की जांच करने के लिए, स्कोल्ज़ और सहकर्मियों ने करोलिंस्का विश्वविद्यालय अस्पताल में पहले फोटॉन रेडियोथेरेपी के साथ इलाज किए गए 10 प्रोस्टेट कैंसर रोगियों के लिए एससी जोखिमों का अनुमान लगाया। उन्होंने दो पार्श्व विपरीत स्कैन किए गए प्रोटॉन और कार्बन-आयन क्षेत्रों का उपयोग करके रोगियों के लिए उपचार योजनाएँ तैयार कीं।
जैसा कि पहले देखा गया, कार्बन आयनों की विखंडन पूंछ के परिणामस्वरूप लक्ष्य के पीछे एक बड़ा कम खुराक वाला क्षेत्र बन गया। हालाँकि, उच्च खुराक लक्ष्य क्षेत्र प्रोटॉन योजनाओं की तुलना में कार्बन-आयन के लिए अधिक अनुरूप था।
टीम ने 10 रोगियों के लिए चार ओएआर (मूत्राशय, मलाशय, हड्डियों और त्वचा) के लिए प्रोटॉन-टू-कार्बन आयन एससी जोखिम अनुपात की गणना की। हड्डी और त्वचा के लिए, प्रोटॉन योजनाओं ने कार्बन-आयन योजनाओं की तुलना में थोड़ा अधिक एससी जोखिम उत्पन्न किया, हड्डी और त्वचा के लिए क्रमशः 1.19 और 1.06 के औसत जोखिम अनुपात के साथ। हालांकि, मूत्राशय और मलाशय के लिए, प्रोटॉन योजनाओं के परिणामस्वरूप एससी जोखिम काफी कम हो गया, मूत्राशय और मलाशय के लिए जोखिम अनुपात क्रमशः 0.68 और 0.49 था।
शोधकर्ताओं ने निष्कर्ष निकाला है कि इस मॉडल द्वारा प्राप्त अंतर्दृष्टि भविष्य के उपचारों को अनुकूलित करने में मदद कर सकती है। वर्तमान में, सापेक्ष जोखिम मॉडलिंग मुख्य रूप से विभिन्न रोगी समूहों के लिए विभिन्न उपचार परिदृश्यों की तुलना करने के लिए एक उपकरण के रूप में उपयुक्त है। लेकिन स्कोल्ज़ का कहना है कि व्यक्तिगत रोगियों के लिए उपचार योजना में ऐसे मॉडल को शामिल करना सीधा होगा।
कार्बन आयन ग्रिड थेरेपी स्वस्थ ऊतकों को बचाती है
वह बताते हैं, "इसके लिए क्रमशः कोशिका हत्या और कोशिका परिवर्तन प्रक्रिया का प्रतिनिधित्व करने वाले दो अलग-अलग जैविक पैरामीटर सेटों के साथ दी गई खुराक वितरण के लिए योजना चलाने की आवश्यकता होती है।" "फिर, संबंधित जोखिम अनुपात वितरण प्राप्त करने के लिए मानक गणितीय उपकरणों के साथ परिणामी 3डी प्रभाव वितरण की केवल कुछ पोस्टप्रोसेसिंग की आवश्यकता होती है।"
उनका कहना है कि अगला कदम क्लिनिकल डेटा की तुलना के माध्यम से मॉडल को मान्य करना है। "चूंकि वर्तमान में ये डेटा दुर्लभ हैं, इसलिए दृष्टिकोण का विस्तार जिसमें फोटॉन उपचार भी शामिल है और प्रोटॉन बनाम फोटॉन और कार्बन आयन बनाम फोटॉन के संबंधित जोखिम अनुपात का निर्धारण एक महत्वपूर्ण अगला कदम होगा," स्कोल्ज़ बताते हैं भौतिकी की दुनिया.
