Il monitoraggio in tempo reale dell'ossigenazione del tessuto cerebrale potrebbe personalizzare la radioterapia

Il flusso sanguigno e l'apporto di ossigeno ai tumori cambiano durante le prime settimane di radioterapia. Gli scienziati attualmente ritengono che la riossigenazione avvenga a causa del restringimento del tumore, della diminuzione del consumo di ossigeno e dell'aumento della perfusione. I medici sperano che questi e altri possibili cambiamenti possano essere sfruttati per migliorare la risposta del paziente alla radioterapia.

In un potenziale passo verso trattamenti personalizzati contro il cancro, i ricercatori in Finlandia stanno utilizzando la spettroscopia funzionale nel vicino infrarosso (fNIRS) per misurare la concentrazione di emoglobina in tempo reale, un indicatore indiretto dell'ossigenazione dei tessuti, durante la radioterapia dell'intero cervello.

Teemu Myllyla dal Università di Oulu conduce la ricerca fNIRS in collaborazione con Juha Nikkinen, fisico capo nella divisione di fisica medica clinica della radioterapia presso Ospedale universitario di Oulu. L'obiettivo dei loro studi di ricerca, afferma Myllylä, è applicare la fNIRS per iniziare a colmare alcune delle lacune nella nostra conoscenza dell'ossigenazione e della risposta dei tessuti e dei tumori durante e dopo la radioterapia.

La spettroscopia funzionale nel vicino infrarosso è stata utilizzata per diversi decenni per studiare l'attività cerebrale in tempo reale in risposta a diversi stimoli e compiti cognitivi. L'approccio relativamente economico, portatile e non invasivo può misurare l'emodinamica cerebrale fino a 2 cm di profondità nel cervello umano adulto. Il dispositivo fNIRS utilizza la luce infrarossa per misurare i cambiamenti in tempo reale nelle concentrazioni regionali di emoglobina - un surrogato dei cambiamenti nel volume del sangue e, per estensione, quanto bene l'ossigeno arriva ai tessuti - nel cervello.

Nel loro recente studio proof-of-concept, riportato nel Giornale di ottica biomedica, i ricercatori hanno utilizzato la fNIRS per misurare la concentrazione di emoglobina durante la radioterapia palliativa dell'intero cervello. Il team ha osservato un aumento del flusso sanguigno durante i trattamenti in 10 pazienti sottoposti a irradiazioni multiple dell'intero cervello. Non è stato osservato alcun effetto prima dell'irradiazione o al termine dell'irradiazione.

Il team ha attaccato punte in fibra ottica per il dispositivo fNIRS a lunghezza d'onda multipla perpendicolare al cervello e ha confermato che non interferivano con l'impostazione o l'erogazione delle radiazioni. La dose di radiazioni è stata erogata utilizzando la radioterapia dell'intero cervello a campo statico, che comprendeva due campi opposti da 6 MV. La radioterapia a intensità modulata in avanti, che aggiunge campi più piccoli dalla stessa direzione dei campi principali, è stata applicata per fornire una copertura omogenea della dose dell'intero cervello.

Poiché un dispositivo NIRS misura solo la concentrazione relativa di emoglobina in tutto il cervello, pazienti diversi hanno diverse ampiezze del segnale fNIRS. I ricercatori hanno normalizzato le ampiezze del segnale filtrando il segnale fNIRS in una banda di frequenza molto bassa e quindi sottraendo il segnale all'inizio dell'irradiazione da interi segnali corrispondenti. Hanno utilizzato i dati sullo stato di riposo di centinaia di individui sani come dati di controllo.

Ipossia tumorale monitorata in tempo reale durante la radioterapia

Il team sta ora raccogliendo dati fNIRS da partecipanti con tumori solidi per cercare di differenziare le concentrazioni di emoglobina nel tumore e nel tessuto sano e per studiare le risposte del tumore all'irradiazione. Stanno anche studiando perché hanno osservato differenze nell'ossigenazione dei tessuti tra la prima e la seconda irradiazione nel loro Giornale di ottica biomedica studio. Possibili spiegazioni includono una minore dose assorbita nella seconda irradiazione, collimatore multifoglio o altri effetti di impostazione della misurazione o risposte fisiologiche.

"La tecnologia [fNIRS] è facile da eseguire in ambito clinico e praticamente non disturba né rallenta le normali procedure di radioterapia eseguite sui pazienti", afferma Myllylä. "Esiste un alto potenziale per sfruttare la fNIRS in situazioni cliniche perché è una tecnica sicura e può essere utilizzata praticamente in combinazione con tutte le tecniche di neuroimaging e terapia cliniche attualmente utilizzate".

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• Fonte: https://physicsworld.com/a/real-time-monitoring-of-brain-tissue-oxygenation-could-personalize-radiotherapy/