でのBest-in-Physicsプレゼンテーションで AAPM年次総会、Eric Diffenderfer は、放射物理学的、放射化学的、および放射生物学的観点から XNUMX つの FLASH 陽子送達技術を比較しました
FLASH 放射線療法 – 超高線量率で治療用放射線を照射する – は、抗腫瘍活性を維持しながら正常組織の毒性を大幅に軽減する可能性を提供します。 これまでのほとんどすべての研究は前臨床研究でしたが、 最初の患者の治療 with FLASH は 2019 年にローザンヌ大学病院で実施され、 ヒトでの最初の臨床試験 昨年度の積立を完了。
ほとんどの前臨床 FLASH 研究と患者の治療では、電子が使用されました。 しかし、陽子線治療システムは FLASH 線量率を提供することもでき、電子線よりも等角的な線量分布を提供し、より深い腫瘍を治療する能力を提供することで、臨床用途に特に有望であることが証明される可能性があります。 陽子ビームは、異なる時空間線量率構造を作成するさまざまな技術を使用して配信できます。 では、FLASH 陽子ビームを照射するのに最適なモダリティはどれでしょうか?
が率いるチーム エリック・ディフェンダーファー ペンシルバニア大学の研究者は、計算モデリングを使用して調べています。 Diffenderfer (筆頭著者に代わって発表) レイヤン BC Cancer から) は、陽子線量率構造のどの側面が FLASH 効果を最大化するかを定量的に決定するためのグループの作業について説明しました。
研究者らは、陽子 FLASH 送達の XNUMX つのモードをシミュレートしました。 リッジフィルターを使用した二重散乱。 回転する変調器ホイールを使用した範囲変調二重散乱。 ハイブリッド PBS-RF アプローチでは、ペンシル ビームがリッジ フィルターを介して配信され、すべての深さを同時に照射します。
次に、これらの異なる FLASH 配信モードが正常組織の温存に与える影響を比較しました。 特に、彼らは組織温存の XNUMX つの代替測定基準を調べました。 有機ラジカル種形成の動力学; および循環免疫細胞の生存。
これらのメトリックをモデル化するために、各手法を使用して、11x5x5 cm のターゲットに 5 のエネルギー層を持つ空間的に同等の拡散ブラッグ ピーク プランを提供しました。 FLASH のサイクロトロン出力は、500 nA のビーム電流として定義され、ブラッグ ピークで約 2 Gy/ms の線量率が得られます。
このモデルは、ペンの IBA 陽子線治療システムからのマシン データを使用して空間線量分布を計算します。 次に、チームはモデル出力を使用して、上記の放射物理学的、放射化学的、および放射生物学的パラメーターをボクセルごとに定量化しました。 Diffenderfer は、モデルの柔軟性により、新しい実験的証拠と比較するためにパラメーターを改良できると指摘しました。
研究者らはまず、酸素効果による放射線感受性変調を調べた。超高線量率での酸素枯渇は、正常組織の低酸素状態を模倣し、放射線耐性を高めるという仮説である。 Diffenderfer は、超高線量率で、一時的な酸素の枯渇が空間と時間の経過とともにどのように異なって発生し、有効な線量沈着を減少させるかを示しました。
チームは、線量率に依存する酸素の枯渇と回復を計算し、XNUMX つの送達モードすべてについて、エネルギー蓄積と酸素濃度を決定しました。 ハイブリッド PBS-RF 技術は、酸素濃度の最も顕著な下方シフトを示しました。
酸素は、DNA 損傷の既知の前駆体である有機ラジカルの形成を促進する線量率依存種の XNUMX つにすぎません。 次に、研究者は放射化学速度方程式を使用して、経時的な有機ラジカルの濃度を決定し、曲線下の累積面積を DNA 損傷の代理指標として使用しました。 XNUMX つの送達方法すべてにおいて、FLASH は対応する従来の照射と比較して損傷のレベルを低減しました。
FLASH の組織温存効果を説明するために提案された別の潜在的なメカニズムは、超高線量率での循環免疫細胞の放射線誘発死の減少です。 これを調査するために、チームは放射線が循環血液プールとどのように交差して免疫細胞の生存を定量化するかを考慮する放射線生物学モデルを実装しました。
XNUMX つの技術の線量率の関数として殺された免疫細胞の割合をプロットすると、PBS が最大の細胞死を引き起こすことが明らかになりました。おそらく、血液プールのさまざまな部分が放射線にさらされる時間が最も長いためです。
プロトン FLASH は臨床応用に最適であると証明できますか?
全体として、XNUMX つの機構モデルすべてがランキングで一致しており、PBS-RF モデルで最も多くの組織を温存しています。 最も効果的でない送達技術は PBS であり、これはおそらく固有の長いスルー タイム (特にエネルギー層スイッチングの場合) が原因で、かなりの酸素補充、ラジカルの保持の増加、および免疫細胞の生存の減少を可能にします。
「さまざまな照射技術の時空間線量率構造の違いと、それが超高線量率での組織温存にどのように影響するかを、フィールド平均線量率を見るよりも微妙な方法で特定しました」とディフェンダーファーは結論付けました。 チームの調査結果は、FLASH 効果を最大化するために、陽子線治療計画の時空間構造をよりよく理解し、適応させる道を開く可能性があります。
