फ्लैश विकिरण प्रोटॉन थेरेपी के दौरान प्रतिरक्षा कोशिकाओं को बचाता है - भौतिकी विश्व

फ्लैश विकिरण प्रोटॉन थेरेपी के दौरान प्रतिरक्षा कोशिकाओं को बचाता है - भौतिकी विश्व

टाइम स्टैम्प: 30 जनवरी, 2024 सुबह 8:00 बजे
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<a data-fancybox data-src="https://platoaistream.com/wp-content/uploads/2024/01/flash-irradiation-spares-immune-cells-during-proton-therapy-physics-world.jpg" data-caption="मस्तिष्क में रक्त प्रवाह का मॉडलिंग पुनर्निर्मित मस्तिष्क मॉडल में वाहिकाओं (पीले) के माध्यम से रक्त (बैंगनी) का स्पैटिओटेम्पोरल प्रसार। बाएँ से दाएँ: शुरुआत में वितरण (0.2 सेकंड), 1.5 सेकंड के बाद और संतुलन पर (7 सेकंड से अधिक), जब मस्तिष्क के अंदर और बाहर रक्त का प्रवाह बराबर होता है। (सौजन्य: CC BY 4.0/भौतिक. मेड. बायोल। 10.1088/1361-6560/ad144e)” title=”Click to open image in popup” href=”https://platoaistream.com/wp-content/uploads/2024/01/flash-irradiation-spares-immune-cells-during-proton-therapy-physics-world.jpg”>मस्तिष्क में रक्त प्रवाह का मॉडलिंग
मस्तिष्क में रक्त प्रवाह का मॉडलिंग पुनर्निर्मित मस्तिष्क मॉडल में वाहिकाओं (पीले) के माध्यम से रक्त (बैंगनी) का स्पैटिओटेम्पोरल प्रसार। बाएँ से दाएँ: शुरुआत में वितरण (0.2 सेकंड), 1.5 सेकंड के बाद और संतुलन पर (7 सेकंड से अधिक)। (सौजन्य: CC BY 4.0/भौतिक. मेड. बायोल। 10.1088/1361-6560/ad144e)

विकिरण के साथ कैंसर का इलाज करने से शरीर की प्रतिरक्षा प्रतिक्रिया उत्तेजित हो सकती है और ट्यूमर के विकास को रोका जा सकता है, लेकिन यह प्रतिरक्षा प्रतिक्रिया से जुड़ी श्वेत रक्त कोशिकाओं, लिम्फोसाइटों के स्तर को भी कम कर सकता है, जिसके परिणामस्वरूप ट्यूमर नियंत्रण ख़राब हो सकता है और पूर्वानुमान खराब हो सकता है। इस विकिरण-प्रेरित लिम्फोपेनिया की गंभीरता परिसंचारी रक्त कोशिकाओं और लिम्फोसाइटों को दी जाने वाली खुराक से संबंधित है। जैसे, हृदय, परिधीय रक्त और लिम्फोइड अंगों के लिए खुराक कम करने से इस हानिकारक प्रभाव को कम करने में मदद मिल सकती है।

इस सिद्धांत की आगे जांच करने के लिए, एंटजे गाल्ट्स और अब्देलख़लेक हम्मी टीयू डॉर्टमुंड विश्वविद्यालय ने पता लगाया कि क्या फ्लैश रेडियोथेरेपी - अल्ट्राहाई खुराक दरों पर दिया जाने वाला विकिरण - मस्तिष्क कैंसर के रोगियों की प्रोटॉन थेरेपी के दौरान प्रतिरक्षा कोशिका की कमी के स्तर को कम कर सकता है।

“उच्च खुराक दरों पर देखे गए फ़्लैश बख्शते प्रभाव के पीछे का जैविक तंत्र अभी तक पूरी तरह से समझा नहीं गया है। हालाँकि, प्रस्तावित सिद्धांतों में से एक प्रतिरक्षा परिकल्पना है, जो बताता है कि फ्लैश विकिरण की तात्कालिक खुराक वितरण एक्सपोज़र समय को कम करके परिसंचारी लिम्फोसाइटों की कमी को काफी कम कर देता है, ”हम्मी बताते हैं। "हमारे अध्ययन में, हमने दिखाया कि पारंपरिक फ्रैक्शनेटेड प्रोटॉन पेंसिल-बीम स्कैनिंग उपचार योजना की तुलना में हाइपोफ्रैक्शनेटेड उपचार और तेजी से खुराक वितरण ने प्रतिरक्षा कोशिकाओं को 27 गुना तक बचा लिया।"

गाल्ट्स और हम्मीर ने प्रयोग किया डोसिमेट्रिक रक्त प्रवाह मॉडल मस्तिष्क ट्यूमर के पारंपरिक और फ्लैश-आधारित तीव्रता-संग्राहक प्रोटॉन थेरेपी (आईएमपीटी) के दौरान परिसंचारी लिम्फोसाइटों की खुराक का अनुकरण करने के लिए। डायनेमिक बीम डिलीवरी मॉडल प्रत्येक एकल प्रोटॉन पेंसिल बीम की खुराक दर के स्पेटियोटेम्पोरल भिन्नता पर विचार करते हुए एक आईएमपीटी फ्रैक्शनेटेड उपचार योजना का अनुकरण करता है। हम्मी ने नोट किया कि मॉडल व्यावसायिक रूप से उपलब्ध साइक्लोट्रॉन से यथार्थवादी वितरण मापदंडों को शामिल करता है।

मानव मस्तिष्क में रक्त परिसंचरण को सटीक रूप से प्रतिबिंबित करने के लिए, गैल्ट्स और हम्मी ने सीधे मस्तिष्क एमआर एंजियोग्राफी छवियों से रक्त वाहिकाओं की मैपिंग की। उन्होंने रक्त प्रवाह के भीतर प्रतिरक्षा कोशिकाओं के परिसंचरण को अनुकरण करने के लिए परिणामी सेरेब्रोवास्कुलर मॉडल का उपयोग किया, जिसमें 465 रक्त वाहिकाएं और 8841 व्यक्तिगत वाहिका शाखाएं शामिल थीं।

शोधकर्ताओं ने चार घटना प्रोटॉन बीम और नैदानिक ​​​​रूप से प्रासंगिक वितरण मापदंडों का उपयोग करके ग्लियोब्लास्टोमा ट्यूमर के लिए यथार्थवादी आईएमपीटी उपचार योजनाएं बनाईं। फिर उन्होंने समय-भिन्न विकिरण क्षेत्रों की गणना की, जो प्रोटॉन थेरेपी योजनाओं के वितरण के दौरान परिसंचारी रक्त और उपचार के बाद संचित खुराक के संपर्क में आते हैं, और अपने निष्कर्षों की रिपोर्ट करते हैं। चिकित्सा और जीव विज्ञान में भौतिकी.

ग्लियोब्लास्टोमा मस्तिष्क कैंसर का सबसे घातक रूप है और रेडियोथेरेपी के साथ इसका इलाज करने से लंबे समय तक विकिरण-प्रेरित लिम्फोपेनिया हो सकता है। हम्मी कहते हैं, "विकिरण वितरण के दौरान एक सेरेब्रोवास्कुलर प्रणाली का मॉडलिंग करके, हम इस बात की गहरी जानकारी प्राप्त करने की उम्मीद करते हैं कि रेडियोथेरेपी रोगियों के इन समूहों में प्रतिरक्षा प्रतिक्रिया को कैसे प्रभावित करती है, जिससे संभावित रूप से बेहतर चिकित्सीय रणनीतियाँ बन सकती हैं।"

योजना तुलना

गाल्ट्स और हम्मी ने चार उपचार परिदृश्यों की जांच की: एकल 22.3 Gy अंश के साथ IMPT FLASH; दो 14.6 Gy और पाँच 8 Gy अंशों का उपयोग करके हाइपोफ्रैक्शनेटेड फ़्लैश; और बत्तीस 2 Gy अंशों का उपयोग करके पारंपरिक IMPT। प्रत्येक उपचार योजना के लिए, उन्होंने परिसंचारी लिम्फोसाइटों पर डोसिमेट्रिक प्रभाव का आकलन किया और परिणामी रेडियोटॉक्सिसिटी का अनुमान लगाया।

खुराक-मात्रा हिस्टोग्राम से पता चला कि फ्लैश रेडियोथेरेपी ने पारंपरिक खुराक दर आईएमपीटी की तुलना में विकिरणित कोशिकाओं के अनुपात को काफी कम कर दिया है। पहले उपचार अंश के दौरान, सभी तीन फ्लैश योजनाओं ने परिसंचारी रक्त की मात्रा का लगभग 1.52% विकिरण किया, जबकि पारंपरिक आईएमपीटी ने 2.18% विकिरण किया। दो या पांच अंशों में वितरित हाइपोफ्रैक्शनेटेड फ्लैश योजनाओं ने इस विकिरणित मात्रा को क्रमशः 3.01% और 7.35% तक बढ़ा दिया, जबकि पारंपरिक आईएमपीटी ने 42.41% परिधीय रक्त को विकिरण के संपर्क में लाया।

इसके बाद, शोधकर्ताओं ने परिसंचारी लिम्फोसाइटों के स्तर की जांच की, जिन्हें पूरे उपचार के दौरान कम से कम 7 सीजीवाई की खुराक मिली - एक सीमा जो लिम्फोसाइट आबादी में 2% की कमी का कारण बनती है। पारंपरिक IMPT को पूरा करने के बाद, परिसंचारी लिम्फोसाइटों में से 25.65% को कम से कम 7 cGy की खुराक मिली। एकल-, दो- और पांच-अंश फ्लैश उपचार के लिए, इस खुराक सीमा से अधिक प्राप्त करने वाली मात्रा क्रमशः 1.21%, 2.30% और 5.14% थी।

100 सीजीवाई से अधिक की खुराक प्राप्त करने वाले परिसंचारी लिम्फोसाइटों की मात्रा, जो 30% कमी का कारण बनती है, एकल-, दो- और पांच-अंश फ्लैश के लिए क्रमशः 0.77%, 1.28% और 2.09% थी, और पारंपरिक आईएमपीटी के दौरान 0.10% थी।

गाल्ट्स और हम्मी ने विभिन्न विकिरण परिदृश्यों के लिए सीडी4+ और सीडी8+ लिम्फोसाइटों की प्रतिक्रिया का भी अध्ययन किया, जिनका परिधीय रक्त में अलग-अलग वितरण होता है। दोनों लिम्फोसाइट प्रकारों के लिए, पहले अंश के बाद कोशिका हत्या क्रमशः एकल-, दो- और पांच-अंश फ्लैश और पारंपरिक आईएमपीटी के लिए 0.66%, 0.62%, 0.32% और 0.08% थी।

पूर्ण उपचार के बाद, लिम्फोसाइटों में कमी क्रमशः दो- और पांच-उपचार अंशों के लिए 1.02% और 1.56% थी, और पारंपरिक आईएमपीटी के लिए 2.14% थी। इन निष्कर्षों से पता चलता है कि फ्लैश प्रोटॉन थेरेपी इंट्राक्रैनियल उपचार के दौरान परिसंचारी प्रतिरक्षा कोशिकाओं को बचाती है, एकल-अंश फ्लैश पारंपरिक आईएमपीटी की तुलना में कमी दर को लगभग 70% कम कर देता है।

हम्मी बताते हैं भौतिकी की दुनिया वे अब सिर और गर्दन के कैंसर को शामिल करने के लिए मॉडल का विस्तार कर रहे हैं। "इसके अलावा, हम विभिन्न फ्लैश वितरण विधियों और प्रतिरक्षा प्रणाली की कमी पर उनके प्रभाव की खोज कर रहे हैं, विशेष रूप से अनुरूप फ्लैश उपचार पर ध्यान केंद्रित कर रहे हैं जो निष्क्रिय, रोगी-विशिष्ट ऊर्जा मॉड्यूलेशन पर आधारित है," वह बताते हैं। "इस डिलीवरी मॉडल में शूट-थ्रू फ्लैश डिलीवरी की तुलना में अधिक परिसंचारी लिम्फोसाइटों को बचाने की क्षमता है।"

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