La terapia protonica può fornire distribuzioni di dose altamente conformi a un target tumorale riducendo al minimo la dose ai tessuti al di fuori del volume target. Creare piani di trattamento che realizzino questa forza è una priorità assoluta per dosimetristi e fisici medici.
I protoni depositano la dose in un modo fondamentalmente diverso dai raggi X, un altro tipo di radioterapia a fasci esterni. Quando un protone raggiunge la fine della sua traiettoria, la velocità con cui la sua energia viene trasferita al tessuto – il suo trasferimento lineare di energia (LET), espresso in keV/µm – aumenta.
L'efficacia biologica relativa (RBE) cattura le implicazioni biologiche dell'aumento del LET e un valore RBE fisso di 1.1 viene spesso applicato per i trattamenti clinici con protoni. Ma l'RBE del protone dipende da molti altri fattori, inclusi gli endpoint clinici, il tipo di tessuto, lo schema di frazionamento, la radiosensibilità specifica del paziente, la dose fisica e le incertezze nelle misurazioni sperimentali. Di conseguenza, l'utilizzo di un valore RBE fisso nella terapia protonica probabilmente sottostima l'RBE in posizioni ad alto LET, il che potrebbe comportare un aumento del rischio di tossicità indotta da radiazioni.
Tuttavia, il LET è fortemente correlato con l'RBE ed è un fattore chiave per determinare l'RBE variabile nella terapia protonica. Pertanto, i ricercatori stanno studiando approcci per il calcolo e la valutazione del LET durante la pianificazione del trattamento. Questi strumenti di pianificazione del trattamento biologico sono limitati, tuttavia, e fino a quando non saranno sviluppati e studiati ulteriormente, le cliniche devono identificare le proprie pratiche di pianificazione del trattamento per ridurre al minimo il LET al di fuori dei volumi target, afferma Austin Faught, un fisico medico presso Ospedale di ricerca per bambini St Jude nel Tennessee.
"Come influenzare la [distribuzione LET] è un'area di ricerca attiva e ci sono alcuni ottimi metodi in fase di sviluppo", spiega Faught. "Il problema che dobbiamo affrontare è che quelli non sono prontamente disponibili senza software personalizzato sviluppato internamente o attraverso speciali versioni di ricerca di applicazioni fornite dal fornitore... [e ci sono] pochi studi che forniscono una guida quantitativa su ciò a cui dovremmo mirare".
Strategie di pianificazione del trattamento
In un passo verso la valutazione e l'ottimizzazione del piano basata su LET per la fototerapia, Faught e il suo team hanno eseguito un'indagine sulle strategie di pianificazione che sono commercialmente disponibili per i team clinici per la terapia protonica a intensità modulata (IMPT). Il loro studio, riportato nel Giornale di fisica medica clinica applicata, introduce alcune linee guida per i pianificatori del trattamento di terapia protonica. "Volevamo esaminare alcune tecniche di pianificazione del trattamento prontamente disponibili e come potrebbero influenzare il LET", spiega Faught.
I ricercatori hanno valutato le differenze nel LET dose-pesato (LETd) tra otto approcci di pianificazione del trattamento basati sul futuro applicati a un fantasma d'acqua cilindrico e quattro casi di tumore cerebrale pediatrico (Faught osserva che le tossicità indotte dalle radiazioni sono un'area di interesse per il team). Hanno confrontato queste strategie di pianificazione con un piano che utilizzava fasci laterali opposti (per il fantoccio) o con il piano clinico originale (per i pazienti), utilizzando calcoli secondari Monte Carlo per valutare sia la dose che il LETd.
I ricercatori hanno scoperto che la geometria del campo di trattamento era il maggior contributo alla localizzazione delle aree ad alto LET. Mitigare il potenziale impatto delle incertezze biologiche associate all'elevato LETd, suggeriscono che i pianificatori del trattamento utilizzino ampi angoli di intersezione tra i fasci di trattamento ed evitino i fasci che si fermano immediatamente prossimali alle strutture critiche.
"Questa è un'ottima notizia in quanto significa che un'attenta selezione del numero di campi di trattamento e il loro orientamento rispetto ai tessuti sani vicini possono essere efficaci", afferma Faught. "Con un pensiero consapevole e anticipato, è qualcosa che tutti i pianificatori del trattamento possono prendere in considerazione durante il processo di pianificazione."
I ricercatori hanno anche scoperto che l'uso di un range shifter ha ridotto significativamente il LET mediod nel volume obiettivo clinico. Di conseguenza, raccomandano di utilizzare con parsimonia i range shifter e strategie alternative di restrizioni di posizionamento spot e solo quando le cliniche possono calcolare il LET risultanted valutare rispetto a strategie di pianificazione alternative.
A causa delle ridotte dimensioni del campione dello studio, i ricercatori non sono stati in grado di stabilire una chiara tendenza del LETd variazioni nei casi clinici. Non hanno valutato la relazione tra i cambiamenti nel LET e un cambiamento nella probabilità di controllo del tumore o complicanze del tessuto normale.
I piani basati su LET ottimizzano la terapia protonica
Sebbene gli effetti di ciascun approccio di pianificazione sulle regioni ad alto LET siano stati modesti, Faught afferma che è importante riconoscere che le strategie e le raccomandazioni di pianificazione del trattamento del team sono basate sull'evidenza e possono essere facilmente applicate alla pratica clinica.
“Spero che uno dei vantaggi sia che noi, come campo, trarremmo beneficio da strumenti commerciali che consentano il calcolo del LET all'interno del sistema di pianificazione del trattamento. Ancora meglio, ci piacerebbe avere modi per ottimizzare tenendo presente il LET. Questo studio è stato un buon ponte fino a quando questi strumenti non saranno più ampiamente disponibili", afferma Faught.
