Liệu pháp hạt - điều trị ung thư bằng cách sử dụng chùm proton hoặc ion nặng hơn - cung cấp liều lượng phù hợp cao và tiết kiệm nhiều hơn cho các mô bình thường so với xạ trị dựa trên photon thông thường. Nhưng đối với những người sống sót sau ung thư lâu dài, nguy cơ ung thư thứ phát do bức xạ (SC) là rất quan trọng và cần được cân nhắc khi lựa chọn phương thức điều trị.
Với sự khan hiếm dữ liệu dịch tễ học cho các phương pháp điều trị mới hơn như liệu pháp proton và carbon-ion, một nhóm đứng đầu tại Trung tâm Nghiên cứu Ion nặng GSI Helmholtz đang phát triển một mô hình để so sánh rủi ro SC giữa các phương thức trị liệu bằng hạt. Mô hình được mô tả bởi Antonia Hufnagl và các đồng nghiệp trong Vật lý y tế, cuối cùng có thể được đưa vào các hệ thống lập kế hoạch điều trị để đưa rủi ro SC vào làm tiêu chí tối ưu hóa bổ sung.
Các sự kiện gây chết người và gây ung thư
Các mô hình rủi ro SC thường hoạt động bằng cách xem xét sự cân bằng giữa việc tiêu diệt tế bào (dẫn đến ức chế ung thư) và biến đổi tế bào (gây ra các đột biến cuối cùng dẫn đến ung thư). Xác suất một thể tích được chiếu xạ sẽ phát triển ung thư được xác định bằng mô hình tuyến tính-bậc hai (LQ), mô hình này cung cấp mối quan hệ đơn giản giữa sự sống sót của tế bào và liều lượng photon được cung cấp.
Trong nghiên cứu này, các nhà nghiên cứu đã sử dụng mô hình hiệu ứng cục bộ (LEM) để dự đoán hiệu quả sinh học tương đối (RBE) của cảm ứng SC sau liệu pháp hạt. Để giải thích cho RBE tăng lên của bức xạ hạt, họ đã thay thế các tham số LQ của photon trong mô hình rủi ro bằng các tham số LQ chùm tia ion được LEM dự đoán. Một đặc điểm chính trong phương pháp tiếp cận của họ là việc sử dụng LEM trong cả điều kiện tiêu diệt tế bào và gây ung thư.
Tác giả cấp cao giải thích: “Việc sử dụng LEM kép phản ánh sự cạnh tranh giữa hai quá trình chính quyết định sự phát triển của SC, đó là biến đổi tế bào và tiêu diệt tế bào”. Michael Scholz. “Với liều lượng và/hoặc hiệu quả ngày càng tăng, việc tiêu diệt tế bào có thể ngăn cản khả năng tồn tại của các tế bào biến đổi. Điều này dẫn đến sự tương tác phức tạp, không thể được phản ánh một cách đơn giản bằng quy trình một bước.”
Để điều tra những yếu tố nào ảnh hưởng đến nguy cơ SC, các nhà nghiên cứu đã sử dụng hệ thống lập kế hoạch TPS TRiP98 để tạo ra các kế hoạch xử lý proton và carbon-ion được tối ưu hóa về mặt sinh học dựa trên hình học lý tưởng hóa. Các kế hoạch chiếu xạ mục tiêu 4x4x4 cm bằng một chùm hạt đơn hoặc hai chùm tia đối lập, với cơ quan có nguy cơ 4x4x1 cm (OAR) ở phía trước mục tiêu. Do sự không chắc chắn trong các tham số LQ của photon được sử dụng làm đầu vào cho LEM, nên họ đã ước tính tỷ lệ rủi ro giữa proton và ion carbon, thay vì các giá trị rủi ro riêng lẻ.
Đối với những cơ cấu lý tưởng hóa này, mô hình không thể hiện sự ưu tiên rõ ràng đối với proton hoặc ion carbon, nhưng bộc lộ sự phụ thuộc phức tạp vào nhiều thông số khác nhau. Sự tán xạ ngang của các ion carbon giảm dẫn đến nguy cơ SC thấp hơn so với các proton trong kênh vào. Tuy nhiên, các ion carbon tích tụ liều cao hơn phía sau mục tiêu do đuôi bị phân mảnh, làm tăng nguy cơ SC đối với OAR phía sau khối u sau khi chiếu xạ carbon-ion.
Đối với các phương án chùm tia đơn, tổng rủi ro SC đối với các ion cacbon cao hơn khoảng 1.5 lần so với các proton. Với hai chùm tia đối lập nhau, tổng rủi ro SC đối với proton cao hơn 1.16 lần, mặc dù điều này thay đổi mạnh mẽ tùy thuộc vào vị trí không gian của khối nhạy cảm giả định so với khối mục tiêu.
Độ nhạy bức xạ của mô (đối với photon) có tác động lớn đến tỷ lệ rủi ro SC, với OAR kháng phóng xạ được hưởng lợi từ việc xử lý carbon-ion và OAR nhạy cảm từ chùm proton. Ngược lại, sơ đồ phân đoạn có ít tác động đến giá trị rủi ro dự kiến.
Hình học bệnh nhân
Để điều tra các tình huống lâm sàng, Scholz và các đồng nghiệp đã ước tính rủi ro SC đối với 10 bệnh nhân ung thư tuyến tiền liệt trước đây được điều trị bằng xạ trị photon tại Bệnh viện Đại học Karolinska. Họ lập kế hoạch điều trị cho bệnh nhân bằng cách sử dụng hai trường proton và carbon-ion được quét đối xứng nhau.
Như đã thấy trước đây, đuôi phân mảnh của các ion carbon dẫn đến một vùng liều thấp lớn phía sau mục tiêu. Tuy nhiên, vùng mục tiêu liều cao phù hợp với carbon-ion hơn so với kế hoạch proton.
Nhóm nghiên cứu đã tính toán tỷ lệ rủi ro SC giữa proton và ion carbon đối với 10 OAR (bàng quang, trực tràng, xương và da) cho 1.19 bệnh nhân. Đối với xương và da, kế hoạch proton mang lại rủi ro SC cao hơn một chút so với kế hoạch carbon-ion, với tỷ lệ rủi ro trung bình lần lượt là 1.06 và 0.68 đối với xương và da. Tuy nhiên, đối với bàng quang và trực tràng, kế hoạch proton dẫn đến rủi ro SC thấp hơn đáng kể, với tỷ lệ rủi ro lần lượt là 0.49 và XNUMX đối với bàng quang và trực tràng.
Các nhà nghiên cứu kết luận rằng những hiểu biết sâu sắc thu được từ mô hình này có thể giúp tối ưu hóa các phương pháp điều trị trong tương lai. Hiện tại, mô hình rủi ro tương đối chủ yếu phù hợp làm công cụ so sánh các kịch bản điều trị khác nhau cho các nhóm bệnh nhân khác nhau. Nhưng Scholz lưu ý rằng việc kết hợp các mô hình như vậy vào kế hoạch điều trị cho từng bệnh nhân sẽ rất đơn giản.
Liệu pháp lưới ion carbon giúp bảo vệ các mô khỏe mạnh
Ông giải thích: “Nó chỉ yêu cầu lập kế hoạch phân bổ liều lượng nhất định với hai bộ thông số sinh học khác nhau tương ứng đại diện cho quá trình tiêu diệt tế bào và quá trình biến đổi tế bào”. “Sau đó, chỉ cần một số quá trình xử lý hậu kỳ của phân phối hiệu ứng 3D thu được bằng các công cụ toán học tiêu chuẩn để rút ra phân bổ tỷ lệ rủi ro tương ứng.”
Ông nói, bước tiếp theo là xác nhận mô hình thông qua so sánh với dữ liệu lâm sàng. Scholz nói: “Vì hiện tại những dữ liệu này còn khan hiếm nên việc mở rộng phương pháp tiếp cận bao gồm cả việc xử lý photon và xác định tỷ lệ rủi ro tương ứng của proton so với photon và ion carbon so với photon sẽ là bước quan trọng tiếp theo”. Thế giới vật lý.
