Modelul biologic dezvăluie cea mai bună modalitate de a furniza termoradioterapie

Termoradioterapia este un tratament pentru cancer în care hipertermia - încălzirea tumorii la temperatura peste corp - este utilizată pentru a spori eficacitatea radioterapiei. Valoarea acestei îmbunătățiri este exprimată ca EQD_RT, doza echivalentă de radiații necesară pentru a obține același efect terapeutic fără încălzire.

Studiile clinice au arătat că această abordare poate îmbunătăți substanțial rezultatele tratamentului în mai multe tipuri de tumori, fără a crește toxicitatea tisulară normală. Studiile anterioare au demonstrat, de asemenea, că atât temperatura atinsă, cât și intervalul de timp dintre radioterapie și hipertermie influențează rezultatul clinic.

Pentru a înțelege acest proces mai detaliat și pentru a ajuta la optimizarea tratamentelor, cercetătorii de la Amsterdam UMC au folosit modelarea biologică pentru a investiga impactul temperaturii maxime și al intervalului de timp asupra EQD_RT. Descriind constatările lor în Jurnalul Internațional de Radiation Oncology Biology Physics, ei raportează că atât temperaturile ridicate, cât și intervalele scurte de timp sunt esențiale pentru a maximiza îmbunătățirea terapeutică.

Model biologic

Pentru a efectua termoradioterapie, clinicienii folosesc un dispozitiv cu radiofrecvență sau cu microunde pentru a aplica căldură tumorii o dată sau de două ori pe săptămână, fie înainte, fie după o ședință de radioterapie. Temperatura tumorii este menținută sub 45°C pentru a preveni încălzirea țesutului normal, dar uneori pot apărea puncte fierbinți nedorite (și dureroase), care limitează nivelul maxim de putere tolerabil care poate fi utilizat în timpul unui tratament cu hipertermie.

Primul autor Petra Kok și colegii au dezvoltat software pentru a modela efectele biologice ale radioterapiei plus hipertermie în ceea ce privește distribuțiile echivalente ale dozelor. Modelul, care ține cont de inhibarea reparării ADN-ului prin hipertermie, precum și de citotoxicitatea directă indusă de căldură, permite evaluarea calității planurilor de tratament combinate folosind histograme standard doză-volum.

Pentru a obține o perspectivă de bază asupra impactului parametrilor hipertermiei, echipa a calculat mai întâi îmbunătățirea unei distribuții standard a dozei de 23 × 2 Gy prin temperaturi omogene între 37 și 43 ° C, pentru intervale de timp între 0 și 4 ore.

Modelul a arătat că EQD_RT a crescut semnificativ atât cu creșterea temperaturii, cât și cu scăderea intervalului de timp. Pentru un interval de timp de 1 oră, de exemplu, a prezis un EQD_RT creștere cu 2–15 Gy pentru temperaturi de la 39 la 43°C. Aceste descoperiri subliniază importanța atingerii celei mai ridicate temperaturi tolerabile a tumorii pentru a optimiza rezultatul clinic.

Impactul intervalului de timp a fost cel mai pronunțat la temperaturi mai ridicate (peste 41°C). La o temperatură hipertermică tipică de 41.5°C, un EQD_RT creșterea de aproximativ 10 Gy a fost realizată cu un interval de timp de 0 h. Aceasta a scăzut la aproximativ 4 Gy de îmbunătățire cu un interval de 4 ore, ceea ce indică faptul că, pe măsură ce intervalul de timp crește, este necesară o temperatură mai mare pentru a realiza același efect.

Cazuri clinice

În continuare, cercetătorii au evaluat scenarii de tratament realiste bazate pe distribuții neomogene de temperatură și planuri de radioterapie clinică. Ei au calculat EQD_RT pentru 10 pacienți cu cancer de col uterin local avansat. Toți pacienții au primit terapie cu arc volumetric-modulat (VMAT) de 23 × 2 Gy, cu hipertermie aplicată săptămânal în timpul cursului de tratament.

După cum se vede cu temperaturile uniforme, EQD_RT a fost cea mai mare pentru cel mai mic interval de timp. Când hipertermia a fost aplicată imediat înainte sau după radioterapie (interval de timp 0 h), EQD medie_RT până la 95% din volum (D95%) a fost de 51.7 Gy – un câștig de 6.3 Gy numai față de radiație. Creșterea intervalului de timp la 4 ore a redus acest câștig la 2.2 Gy.

Modelul a prezis că cea mai mare parte a creșterii dozei se pierde în prima oră. Prin urmare, pentru uz clinic, timpul dintre radioterapie și livrarea hipertermiei ar trebui să fie cât mai scurt posibil - în mod ideal, pentru pacienții care primesc ambele tratamente în același spital. Echipa observă că, deși ordinea celor două tratamente nu este relevantă din punct de vedere clinic, deoarece este nevoie de timp pentru a încălzi tumora, aplicarea mai întâi a hipertermiei ar putea permite intervale de timp semnificativ mai scurte, chiar și aproape de 0 ore.

În cele din urmă, cercetătorii au modelat impactul atingerii unor temperaturi tumorale puțin mai scăzute decât era planificat, din cauza apariției punctelor fierbinți care limitează tratamentul. Efectul asupra EQD_RT a fost cel mai pronunțată pentru un interval scurt de timp între radioterapie și hipertermie. Pentru o temperatură mai scăzută cu 1 °C și un interval de timp de 0 h, de exemplu, EQD medie prezisă_RT(D95%) a scăzut cu 1.8 Gy (de la 51.7 la 49.9 Gy); pentru un interval de 4 ore, scăderea a fost de aproximativ 0.7 Gy.

În cazurile în care nu apar puncte fierbinți, este posibil să creșteți puterea de ieșire și să ajungeți la o temperatură mai mare decât era planificată. Încă o dată, beneficiul atingerii unei temperaturi mai ridicate a fost cel mai mare pentru intervale de timp mai scurte, câștigul exact depinzând de temperaturile reale atinse.

„Modelarea biologică oferă o perspectivă relevantă asupra relației dintre parametrii de tratament și EQD așteptat_RT”, concluzionează Kok și colegii. „Atât temperaturile ridicate, cât și intervalele scurte de timp sunt esențiale pentru a maximiza EQD_RT.