แบบจำลองทางชีวภาพเผยวิธีที่ดีที่สุดในการให้รังสีรักษาด้วยความร้อน

การบำบัดด้วยรังสีความร้อนเป็นการรักษามะเร็งโดยการใช้ความร้อนสูง (hyperthermia) – การให้ความร้อนแก่เนื้องอกจนสูงกว่าอุณหภูมิร่างกาย – ถูกนำมาใช้เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพของรังสีรักษา ปริมาณของการปรับปรุงนี้แสดงเป็น EQD_RTปริมาณรังสีที่เท่ากันซึ่งจำเป็นเพื่อให้ได้ผลการรักษาแบบเดียวกันโดยไม่ต้องให้ความร้อน

การทดลองทางคลินิกแสดงให้เห็นว่าวิธีนี้สามารถปรับปรุงผลการรักษาได้อย่างมากในเนื้องอกหลายชนิด โดยไม่เพิ่มความเป็นพิษต่อเนื้อเยื่อปกติ การศึกษาก่อนหน้านี้ยังแสดงให้เห็นว่าทั้งอุณหภูมิที่ได้รับและช่วงเวลาระหว่างการรักษาด้วยรังสีและภาวะตัวร้อนเกินส่งผลต่อผลลัพธ์ทางคลินิก

เพื่อให้เข้าใจกระบวนการนี้โดยละเอียดยิ่งขึ้นและช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการรักษา นักวิจัยจาก อัมสเตอร์ดัม UMC ได้ใช้การสร้างแบบจำลองทางชีววิทยาเพื่อตรวจสอบผลกระทบของอุณหภูมิสูงสุดและช่วงเวลาต่อ EQD_RT. อธิบายการค้นพบของพวกเขาใน วารสารนานาชาติด้านรังสีชีววิทยา ชีววิทยา ฟิสิกส์พวกเขารายงานว่าทั้งอุณหภูมิสูงและช่วงเวลาสั้น ๆ มีความสำคัญต่อการเพิ่มประสิทธิภาพการรักษา

แบบจำลองทางชีวภาพ

ในการทำการรักษาด้วยรังสีความร้อน แพทย์จะใช้คลื่นวิทยุหรืออุปกรณ์ไมโครเวฟเพื่อให้ความร้อนกับเนื้องอก 45-XNUMX ครั้งต่อสัปดาห์ ก่อนหรือหลังการบำบัดด้วยรังสี อุณหภูมิของเนื้องอกจะถูกรักษาให้ต่ำกว่า XNUMX°C เพื่อป้องกันไม่ให้เนื้อเยื่อปกติร้อน แต่บางครั้งอาจเกิดจุดร้อนที่ไม่พึงประสงค์ (และเจ็บปวด) ซึ่งจำกัดระดับพลังงานสูงสุดที่ยอมรับได้ซึ่งสามารถใช้ในระหว่างการรักษาภาวะตัวร้อนเกิน

ผู้เขียนคนแรก เภตรา กก และเพื่อนร่วมงานได้พัฒนาซอฟต์แวร์เพื่อสร้างแบบจำลองผลกระทบทางชีวภาพของการรักษาด้วยรังสีร่วมกับภาวะตัวร้อนเกิน (hyperthermia) ในแง่ของการกระจายปริมาณรังสีที่เท่ากัน แบบจำลองซึ่งอธิบายถึงการยับยั้งการซ่อมแซมดีเอ็นเอโดยภาวะอุณหภูมิร่างกายสูงเกินไป ตลอดจนความเป็นพิษต่อเซลล์ที่เกิดจากความร้อนโดยตรง ช่วยให้สามารถประเมินคุณภาพของแผนการรักษาแบบรวมโดยใช้ฮิสโทแกรมขนาด-ปริมาตรมาตรฐาน

เพื่อให้ได้ข้อมูลเชิงลึกพื้นฐานเกี่ยวกับผลกระทบของพารามิเตอร์ hyperthermia ขั้นแรก ทีมงานได้คำนวณการเพิ่มประสิทธิภาพของการกระจายขนาดมาตรฐาน 23 × 2 Gy โดยอุณหภูมิที่เป็นเนื้อเดียวกันระหว่าง 37 ถึง 43 °C สำหรับช่วงเวลาระหว่าง 0 ถึง 4 ชั่วโมง

โมเดลแสดงให้เห็นว่า EQD_RT เพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญทั้งอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นและช่วงเวลาที่ลดลง ตัวอย่างเช่น สำหรับช่วงเวลา 1 ชั่วโมง ระบบจะทำนาย EQD_RT เพิ่มขึ้น 2–15 Gy สำหรับอุณหภูมิตั้งแต่ 39 ถึง 43°C การค้นพบนี้เน้นย้ำถึงความสำคัญของการได้รับอุณหภูมิเนื้องอกสูงสุดที่ยอมรับได้เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพผลลัพธ์ทางคลินิก

ผลกระทบของช่วงเวลาจะเด่นชัดที่สุดที่อุณหภูมิสูงขึ้น (สูงกว่า 41°C) ที่อุณหภูมิไฮเปอร์เทอร์มิกทั่วไปที่ 41.5°C EQD_RT เพิ่มขึ้นประมาณ 10 Gy ได้สำเร็จด้วยช่วงเวลา 0 ชั่วโมง การปรับปรุงนี้ลดลงเหลือประมาณ 4 Gy ด้วยช่วงเวลา 4 ชั่วโมง ซึ่งบ่งชี้ว่าเมื่อช่วงเวลาเพิ่มขึ้น จำเป็นต้องใช้อุณหภูมิที่สูงขึ้นเพื่อให้ได้ผลเช่นเดียวกัน

กรณีทางคลินิก

ต่อไป นักวิจัยได้ประเมินสถานการณ์การรักษาที่เหมือนจริงโดยพิจารณาจากการกระจายตัวของอุณหภูมิที่ไม่สม่ำเสมอและแผนการรักษาด้วยรังสีทางคลินิก พวกเขาคำนวณ EQD_RT สำหรับผู้ป่วยมะเร็งปากมดลูกระยะลุกลามเฉพาะที่ จำนวน 10 ราย ผู้ป่วยทุกรายได้รับการรักษาด้วยการอาร์คแบบปรับปริมาตรด้วยปริมาตร 23 × 2 Gy (VMAT) โดยใช้ภาวะอุณหภูมิเกิน (Hyperthermia) ทุกสัปดาห์ในระหว่างการรักษา

ตามที่เห็นในอุณหภูมิที่สม่ำเสมอ EQD_RT ใหญ่ที่สุดในช่วงเวลาที่เล็กที่สุด เมื่อใช้ hyperthermia ทันทีก่อนหรือหลังการรักษาด้วยรังสี (ช่วงเวลา 0 ชั่วโมง) ค่า EQD เฉลี่ย_RT ถึง 95% ของปริมาตร (D95%) คือ 51.7 Gy – เพิ่มขึ้น 6.3 Gy จากการแผ่รังสีเพียงอย่างเดียว การเพิ่มช่วงเวลาเป็น 4 ชั่วโมงจะลดอัตราขยายนี้เป็น 2.2 Gy

แบบจำลองคาดการณ์ว่าการเพิ่มขนาดยาส่วนใหญ่จะหายไปภายในชั่วโมงแรก สำหรับการใช้งานทางคลินิก ดังนั้น ระยะเวลาระหว่างการรักษาด้วยรังสีรักษาและการให้ยารักษาภาวะตัวร้อนเกินควรสั้นที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ โดยผู้ป่วยจะได้รับการรักษาทั้งสองอย่างในโรงพยาบาลเดียวกัน ทีมทราบว่าแม้ว่าลำดับของการรักษาทั้งสองจะไม่เกี่ยวข้องกันทางคลินิก เนื่องจากต้องใช้เวลาในการทำให้เนื้องอกร้อนขึ้น การให้ความร้อนสูงก่อนอาจทำให้ระยะเวลาสั้นลงอย่างมาก แม้เกือบ 0 ชั่วโมง

ในที่สุด นักวิจัยได้จำลองผลกระทบของการบรรลุอุณหภูมิของเนื้องอกที่ต่ำกว่าที่วางแผนไว้เล็กน้อย เนื่องจากการเกิดขึ้นของจุดร้อนที่จำกัดการรักษา ผลกระทบต่อ EQD_RT เด่นชัดที่สุดในช่วงเวลาสั้น ๆ ระหว่างการรักษาด้วยรังสีและภาวะตัวร้อนเกิน ตัวอย่างเช่น สำหรับอุณหภูมิที่ต่ำกว่า 1°C และช่วงเวลา 0 ชั่วโมง ค่าเฉลี่ย EQD ที่คาดการณ์ไว้_RT(D95%) ลดลง 1.8 Gy (จาก 51.7 เป็น 49.9 Gy); ในช่วงเวลา 4 ชั่วโมง การลดลงประมาณ 0.7 Gy

ในกรณีที่ไม่มีจุดร้อนปรากฏขึ้น อาจเป็นไปได้ที่จะเพิ่มกำลังขับและไปถึงอุณหภูมิที่สูงกว่าที่วางแผนไว้ อีกครั้ง ประโยชน์ของการได้รับอุณหภูมิที่สูงขึ้นนั้นยิ่งใหญ่ที่สุดในช่วงเวลาที่สั้นลง โดยการเพิ่มที่แน่นอนจะขึ้นอยู่กับอุณหภูมิจริงที่ไปถึง

“การสร้างแบบจำลองทางชีวภาพให้ข้อมูลเชิงลึกที่เกี่ยวข้องกับความสัมพันธ์ระหว่างพารามิเตอร์การรักษาและ EQD ที่คาดหวัง_RT” Kok และเพื่อนร่วมงานสรุป “ทั้งอุณหภูมิสูงและช่วงเวลาสั้น ๆ มีความสำคัญต่อการเพิ่ม EQD_RT.