Terapi partikel – pengobatan kanker menggunakan berkas proton atau ion yang lebih berat – memberikan penyampaian dosis yang sangat sesuai dan lebih menghemat jaringan normal dibandingkan radioterapi berbasis foton konvensional. Namun bagi penderita kanker jangka panjang, risiko kanker sekunder akibat radiasi (SC) merupakan hal yang penting, dan harus dipertimbangkan ketika memilih modalitas pengobatan.
Dengan langkanya data epidemiologi untuk pengobatan baru seperti terapi proton dan karbon-ion, sebuah tim mulai melakukan penelitian Pusat Penelitian Ion Berat GSI Helmholtz sedang mengembangkan model untuk membandingkan risiko SC antara modalitas terapi partikel. Modelnya, dijelaskan oleh Antonia Hufnagl dan rekan-rekan di Fisika Medis, pada akhirnya dapat dimasukkan ke dalam sistem perencanaan pengobatan untuk memasukkan risiko SC sebagai kriteria optimasi tambahan.
Peristiwa mematikan versus karsinogenik
Model risiko SC biasanya bekerja dengan mempertimbangkan keseimbangan antara pembunuhan sel (yang menyebabkan penekanan kanker) dan transformasi sel (induksi mutasi yang pada akhirnya menyebabkan kanker). Kemungkinan volume yang diiradiasi akan menyebabkan kanker ditentukan menggunakan model linier-kuadrat (LQ), yang memberikan hubungan sederhana antara kelangsungan hidup sel dan dosis foton yang dikirimkan.
Dalam studi ini, para peneliti menggunakan model efek lokal (LEM) untuk memprediksi efektivitas biologis relatif (RBE) induksi SC setelah terapi partikel. Untuk memperhitungkan peningkatan RBE radiasi partikel, mereka mengganti parameter LQ foton dalam model risiko dengan parameter LQ berkas ion yang diprediksi oleh LEM. Fitur utama dari pendekatan mereka adalah penggunaan LEM baik dalam pembunuhan sel maupun induksi kanker.
“Penggunaan ganda LEM mencerminkan persaingan antara dua proses utama yang menentukan perkembangan SC, yaitu transformasi sel dan pembunuhan sel,” jelas penulis senior Michael Scholz. “Dengan meningkatnya dosis dan/atau efektivitas, pembunuhan sel dapat menekan kelangsungan hidup sel yang ditransformasi. Hal ini mengarah pada interaksi yang kompleks, yang tidak dapat direfleksikan dalam prosedur satu langkah.”
Untuk menyelidiki faktor mana yang berdampak pada risiko SC, para peneliti menggunakan sistem perencanaan TPS TRiP98 untuk menghasilkan rencana pengolahan karbon-ion dan proton yang dioptimalkan secara biologis berdasarkan geometri ideal. Rencana tersebut menyinari target berukuran 4x4x4 cm dengan satu berkas partikel atau dua berkas berlawanan, dengan organ berisiko (OAR) berukuran 4x4x1 cm di depan target. Karena ketidakpastian dalam parameter LQ foton yang digunakan sebagai masukan untuk LEM, mereka memperkirakan rasio risiko ion proton-karbon, bukan nilai risiko individual.
Untuk pengaturan ideal ini, model tersebut tidak menunjukkan preferensi yang jelas terhadap proton atau ion karbon, namun menunjukkan ketergantungan yang kompleks pada berbagai parameter. Berkurangnya hamburan lateral ion karbon menyebabkan risiko SC lebih rendah dibandingkan proton di saluran masuk. Namun, ion karbon menyimpan dosis yang lebih tinggi di belakang target karena ekor fragmentasi, meningkatkan risiko SC untuk OAR di belakang tumor setelah iradiasi ion karbon.
Untuk rencana sinar tunggal, total risiko SC kira-kira 1.5 kali lebih tinggi untuk ion karbon dibandingkan proton. Dengan dua sinar yang berlawanan, total risiko SC adalah 1.16 kali lebih tinggi untuk proton, meskipun hal ini sangat bervariasi tergantung pada lokasi spasial dari asumsi volume sensitif sehubungan dengan volume target.
Radiosensitivitas jaringan (terhadap foton) berdampak besar pada rasio risiko SC, dengan OAR yang resistan terhadap radio mendapat manfaat dari perlakuan ion karbon dan OAR sensitif dari berkas proton. Sebaliknya, skema fraksinasi berdampak kecil terhadap nilai risiko yang diharapkan.
Geometri pasien
Untuk menyelidiki skenario klinis, Scholz dan rekannya memperkirakan risiko SC pada 10 pasien kanker prostat yang sebelumnya dirawat dengan radioterapi foton di Rumah Sakit Universitas Karolinska. Mereka menghasilkan rencana perawatan untuk pasien menggunakan dua bidang proton dan karbon-ion yang dipindai secara berlawanan.
Seperti yang terlihat sebelumnya, ekor fragmentasi ion karbon menghasilkan area dosis rendah yang besar di belakang target. Namun, wilayah target dosis tinggi lebih sesuai untuk ion karbon dibandingkan rencana proton.
Tim menghitung rasio risiko SC ion proton-karbon untuk empat OAR (kandung kemih, rektum, tulang dan kulit) untuk 10 pasien. Untuk tulang dan kulit, rencana proton menghasilkan risiko SC yang sedikit lebih tinggi dibandingkan rencana karbon-ion, dengan rasio risiko median masing-masing sebesar 1.19 dan 1.06 untuk tulang dan kulit. Namun, untuk kandung kemih dan rektum, rencana proton menghasilkan risiko SC yang jauh lebih rendah, dengan rasio risiko masing-masing sebesar 0.68 dan 0.49 untuk kandung kemih dan rektum.
Para peneliti menyimpulkan bahwa wawasan yang diperoleh dari model ini dapat membantu mengoptimalkan pengobatan di masa depan. Saat ini, pemodelan risiko relatif terutama cocok sebagai alat untuk membandingkan skenario pengobatan yang berbeda untuk kelompok pasien yang berbeda. Namun Scholz mencatat bahwa memasukkan model seperti itu ke dalam perencanaan pengobatan untuk setiap pasien adalah hal yang mudah.
Terapi jaringan ion karbon menyelamatkan jaringan yang sehat
“Hal ini hanya memerlukan perencanaan distribusi dosis tertentu dengan dua set parameter biologis berbeda yang masing-masing mewakili pembunuhan sel dan proses transformasi sel,” jelasnya. “Kemudian, hanya diperlukan beberapa pasca-pemrosesan dari distribusi efek 3D yang dihasilkan dengan alat matematika standar untuk mendapatkan distribusi rasio risiko yang sesuai.”
Langkah selanjutnya, katanya, adalah memvalidasi model melalui perbandingan dengan data klinis. “Karena saat ini data tersebut langka, perluasan pendekatan yang juga mencakup perlakuan foton dan menentukan rasio risiko yang sesuai antara proton versus foton dan ion karbon versus foton akan menjadi langkah penting berikutnya,” kata Scholz. Dunia Fisika.
