A terapia com partículas – tratamento do câncer usando feixes de prótons ou íons mais pesados – fornece administração de dose altamente conformada e maior preservação de tecidos normais do que a radioterapia convencional baseada em fótons. Mas para os sobreviventes de cancro a longo prazo, o risco de cancro secundário (CS) induzido pela radiação é importante e deve ser considerado ao seleccionar a sua modalidade de tratamento.
Com a escassez de dados epidemiológicos para tratamentos mais recentes, como a terapia de prótons e íons de carbono, uma equipe chefiada pelo Centro GSI Helmholtz para Pesquisa de Íons Pesados está desenvolvendo um modelo para comparar os riscos de CS entre modalidades de terapia com partículas. O modelo, descrito por Antonia Hufnagl e colegas em Física Médica, poderia finalmente ser incorporado em sistemas de planejamento de tratamento para incluir o risco de SC como um critério adicional de otimização.
Eventos letais versus eventos cancerígenos
Os modelos de risco de SC normalmente funcionam considerando o equilíbrio entre a morte celular (levando à supressão do câncer) e a transformação celular (indução de mutações que eventualmente levam ao câncer). A probabilidade de um volume irradiado desenvolver câncer é definida usando o modelo linear-quadrático (LQ), que fornece uma relação simples entre a sobrevivência celular e a dose de fótons administrada.
Neste estudo, os pesquisadores usaram o modelo de efeito local (LEM) para prever a eficácia biológica relativa (RBE) da indução de SC após terapia com partículas. Para explicar o aumento do RBE da radiação de partículas, eles substituíram os parâmetros LQ do fóton no modelo de risco pelos parâmetros LQ do feixe de íons previstos pelo LEM. Uma característica fundamental de sua abordagem é o uso do LEM tanto na morte celular quanto na indução do câncer.
“O duplo uso do LEM reflete a competição entre os dois principais processos que determinam o desenvolvimento do SC, nomeadamente a transformação celular e a morte celular”, explica o autor sênior Michael Scholz. “Com o aumento da dose e/ou eficácia, a morte celular pode suprimir a viabilidade das células transformadas. Isto leva a uma interação complexa, que não pode ser simplesmente refletida de outra forma num procedimento de uma única etapa.”
Para investigar quais fatores impactam o risco de SC, os pesquisadores usaram o sistema de planejamento TPS TRiP98 para gerar planos de tratamento de íons de carbono e prótons biologicamente otimizados com base em uma geometria idealizada. Os planos irradiavam um alvo de 4x4x4 cm com um único feixe de partículas ou dois feixes opostos, com um órgão em risco (OAR) de 4x4x1 cm na frente do alvo. Devido às incertezas nos parâmetros LQ de fótons usados como entrada para o LEM, eles estimaram razões de risco entre prótons e íons de carbono, em vez de valores de risco individuais.
Para estas configurações idealizadas, o modelo não mostrou uma preferência clara por prótons ou íons de carbono, mas revelou uma dependência complexa de vários parâmetros. A dispersão lateral reduzida de íons de carbono leva a um menor risco de SC do que os prótons no canal de entrada. No entanto, os íons de carbono depositam uma dose mais alta atrás do alvo devido à cauda de fragmentação, aumentando o risco de SC para OARs atrás do tumor após a irradiação com íons de carbono.
Para planos de feixe único, o risco total de SC foi aproximadamente 1.5 vezes maior para íons de carbono do que para prótons. Com dois feixes opostos, o risco total de SC foi 1.16 vezes maior para prótons, embora isto variasse fortemente dependendo da localização espacial do volume sensível assumido em relação ao volume alvo.
A radiossensibilidade tecidual (aos fótons) teve um grande impacto na taxa de risco de SC, com OARs radiorresistentes beneficiando-se de tratamento com íons de carbono e OARs sensíveis de feixes de prótons. Em contrapartida, o esquema de fracionamento teve pouco impacto nos valores de risco esperados.
Geometria do paciente
Para investigar cenários clínicos, Scholz e colegas estimaram os riscos de SC para 10 pacientes com câncer de próstata previamente tratados com radioterapia com fótons no Hospital Universitário Karolinska. Eles geraram planos de tratamento para os pacientes usando dois campos de prótons e íons de carbono digitalizados lateralmente opostos.
Como visto anteriormente, a cauda de fragmentação dos íons de carbono resultou em uma grande área de baixa dose atrás do alvo. No entanto, a região alvo de alta dose era mais conforme para o íon carbono do que para os planos de prótons.
A equipe calculou as razões de risco de SC próton-íon de carbono para quatro OARs (bexiga, reto, ossos e pele) para os 10 pacientes. Para osso e pele, os planos de prótons produziram um risco de CS ligeiramente maior do que os planos de íons de carbono, com taxas de risco medianas de 1.19 e 1.06 para osso e pele, respectivamente. Para a bexiga e o reto, no entanto, os planos de prótons resultaram em riscos de SC significativamente mais baixos, com taxas de risco de 0.68 e 0.49 para a bexiga e o reto, respectivamente.
Os pesquisadores concluem que os insights obtidos por este modelo podem ajudar a otimizar tratamentos futuros. Atualmente, a modelagem de risco relativo é adequada principalmente como ferramenta para comparar diferentes cenários de tratamento para diferentes coortes de pacientes. Mas Scholz observa que incorporar tais modelos no planejamento do tratamento para pacientes individuais seria simples.
Terapia de grade de íons de carbono poupa tecidos saudáveis
“Requer apenas executar o planejamento para uma determinada distribuição de dose com dois conjuntos de parâmetros biológicos diferentes que representam a morte celular e o processo de transformação celular, respectivamente”, explica. “Então, apenas algum pós-processamento das distribuições de efeitos 3D resultantes com ferramentas matemáticas padrão é necessário para derivar as distribuições de razão de risco correspondentes.”
O próximo passo, diz ele, é validar o modelo por meio de comparação com dados clínicos. “Como atualmente esses dados são escassos, a extensão da abordagem para incluir também tratamentos de fótons e determinar as taxas de risco correspondentes de prótons versus fótons e íons de carbono versus fótons seria um próximo passo importante”, diz Scholz. Mundo da física.
