FLASH-опромінення щадить імунні клітини під час протонної терапії – Physics World

FLASH-опромінення щадить імунні клітини під час протонної терапії – Physics World

Мітка часу: 30 січня 2024 р., 8:00 ранку

<a data-fancybox data-src="https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/01/flash-irradiation-spares-immune-cells-during-proton-therapy-physics-world.jpg" data-caption="Моделювання кровотоку в головному мозку Просторово-часове поширення крові (фіолетовий) по судинах (жовтий) у реконструйованій моделі мозку. Зліва направо: розподіл на початку (0.2 с), через 1.5 с і в стані рівноваги (довше 7 с), коли потік крові в мозок і з нього однакові. (З дозволу: CC BY 4.0/фіз. мед. біол. 10.1088/1361-6560/ad144e)” title=”Натисніть, щоб відкрити зображення у спливаючому вікні” href=”https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/01/flash-irradiation-spares-immune-cells- during-proton-therapy-physics-world.jpg”>Моделювання кровотоку в головному мозку
Моделювання кровотоку в головному мозку Просторово-часове поширення крові (фіолетовий) по судинах (жовтий) у реконструйованій моделі мозку. Зліва направо: розподіл на початку (0.2 с), через 1.5 с і в стані рівноваги (довше 7 с). (З дозволу: CC BY 4.0/фіз. мед. біол. 10.1088/1361-6560/ad144e)

Лікування раку радіацією може стимулювати імунну відповідь організму та пригнічувати ріст пухлини, але також може знизити рівень лімфоцитів, білих кров’яних тілець, пов’язаних з імунною відповіддю, що призводить до погіршення контролю пухлини та поганого прогнозу. Тяжкість цієї спричиненої радіацією лімфопенії корелює з дозою, що потрапила до циркулюючих клітин крові та лімфоцитів. Таким чином, мінімізація дози для серця, периферичної крові та лімфоїдних органів може допомогти зменшити цей шкідливий ефект.

Для подальшого дослідження цієї теорії Антьє Галтс і Абдельхалек Хаммі з ТУ Дортмундського університету досліджували, чи променева терапія FLASH – випромінювання з надвисокою потужністю дози – може знизити рівень виснаження імунних клітин під час протонної терапії пацієнтів з раком мозку.

«Біологічний механізм спостережуваного щадного ефекту FLASH при високих потужностях дози ще не повністю вивчений. Однак однією із запропонованих теорій є імунна гіпотеза, яка передбачає, що миттєва доставка дози опромінення FLASH значно зменшує виснаження циркулюючих лімфоцитів шляхом мінімізації часу опромінення», — пояснює Хаммі. «У нашому дослідженні ми показали, що гіпофракціонована терапія та швидка доставка дози позбавили імунні клітини до 27 разів порівняно зі звичайним планом лікування фракціонованим протонним олівцевим скануванням».

Галтс і Хаммі використовували a дозиметрична модель кровотоку для імітації дози для циркулюючих лімфоцитів під час традиційної та FLASH-протонної терапії з модуляцією інтенсивності (IMPT) пухлини мозку. Модель динамічної доставки пучка імітує фракціонований план лікування IMPT, враховуючи просторово-часові зміни потужності дози кожного окремого пучка протонного олівця. Хаммі зазначає, що модель включає реалістичні параметри доставки від комерційно доступних циклотронів.

Щоб точно відобразити циркуляцію крові в мозку людини, Галтс і Хаммі відобразили кровоносні судини безпосередньо з зображень МРТ-ангіографії мозку. Вони використали отриману цереброваскулярну модель, яка включала 465 кровоносних судин і 8841 окрему гілку судин, щоб симулювати циркуляцію імунних клітин у кровотоці.

Дослідники створили реалістичні плани лікування IMPT для пухлини гліобластоми, використовуючи чотири падаючі пучки протонів і клінічно відповідні параметри доставки. Потім вони розрахували змінні в часі радіаційні поля, яким піддається циркулююча кров під час виконання планів протонної терапії, і накопичену дозу після лікування, повідомляючи про свої висновки в Фізика в медицині та біології.

Гліобластома є найбільш смертоносною формою раку мозку, і лікування її за допомогою променевої терапії може спричинити тривалу лімфопенію, спричинену радіацією. «Моделюючи цереброваскулярну систему під час опромінення, ми сподіваємося отримати глибше розуміння того, як променева терапія впливає на імунну відповідь у цих групах пацієнтів, що потенційно призведе до покращення терапевтичних стратегій», — говорить Хаммі.

План порівнянь

Галтс і Хаммі розглянули чотири сценарії лікування: IMPT FLASH з одноразовою фракцією 22.3 Гр; гіпофракціонований FLASH з використанням двох фракцій по 14.6 Гр і п'яти фракцій по 8 Гр; і звичайний IMPT з використанням тридцяти двох фракцій 2 Гр. Для кожного плану лікування вони оцінювали дозиметричний вплив на циркулюючі лімфоцити та оцінювали результуючу радіотоксичність.

Гістограми доза-об’єм показали, що радіотерапія FLASH значно зменшила частку опромінених клітин порівняно зі звичайною потужністю дози IMPT. Під час першої фракції лікування всі три схеми FLASH опромінювали приблизно 1.52% об’єму циркулюючої крові, тоді як звичайний IMPT опромінював 2.18%. Гіпофракціоновані плани FLASH, доставлені протягом двох або п’яти фракцій, збільшили цей опромінений об’єм до 3.01% і 7.35% відповідно, у той час як звичайний IMPT опромінював 42.41% периферичної крові.

Далі дослідники перевірили рівень циркулюючих лімфоцитів, які отримали дозу щонайменше 7 сГр – поріг, який спричиняє 2% зменшення популяції лімфоцитів – протягом усього лікування. Після завершення звичайної IMPT 25.65% циркулюючих лімфоцитів отримали дозу щонайменше 7 сГр. Для одно-, дво- та п’ятифракційного лікування FLASH об’єми, які отримували більше цього порогу дози, становили 1.21%, 2.30% та 5.14% відповідно.

Об’єми циркулюючих лімфоцитів, які отримали дози понад 100 сГр, що спричиняє 30% виснаження, становили 0.77%, 1.28% та 2.09% для одно-, дво- та п’ятифракційної FLASH відповідно та 0.10% під час звичайної IMPT.

Галтс і Хаммі також вивчали відповідь лімфоцитів CD4+ і CD8+, які мають різний розподіл у периферичній крові, на різні сценарії опромінення. Для обох типів лімфоцитів знищення клітин після першої фракції становило 0.66%, 0.62%, 0.32% і 0.08% для FLASH з одною, двома і п’ятьма фракціями та звичайної IMPT відповідно.

Після повного лікування зменшення кількості лімфоцитів становило 1.02% і 1.56% для двох і п'яти фракцій лікування відповідно, і 2.14% для звичайного IMPT. Ці результати демонструють, що протонна терапія FLASH зберігає циркулюючі імунні клітини під час внутрішньочерепного лікування, причому однофракційна FLASH знижує рівень виснаження майже на 70% порівняно зі звичайним IMPT.

Хаммі розповідає Світ фізики що зараз вони розширюють модель, щоб включити рак голови та шиї. «Крім того, ми досліджуємо різні методи доставки FLASH та їхній вплив на виснаження імунної системи, приділяючи особливу увагу конформному лікуванню FLASH, яке базується на пасивній, специфічній для пацієнта модуляції енергії», — пояснює він. «Ця модель доставки має потенціал для збереження більшої кількості циркулюючих лімфоцитів порівняно з наскрізною доставкою FLASH».

Часова мітка:

Більше від Світ фізики