I minifasci di protoni potrebbero migliorare il trattamento delle metastasi del cancro

Trattare i malati di cancro con fasci di radiazioni spazialmente modulati potrebbe distruggere i tumori riducendo al minimo i danni agli organi vicini e ai tessuti sani. Questa è l'idea alla base della radioterapia con miniraggio di protoni (pMBRT), una tecnica di trattamento emergente che utilizza una serie di fasci di radiazioni di dimensioni inferiori al millimetro per fornire la dose terapeutica.

I minifasci comprendono picchi ad alta dose alternati e valli a bassa dose, uno schema meno dannoso per i tessuti sani a basse profondità. A profondità maggiori, questi fasci si allargano gradualmente per creare una distribuzione omogenea della dose all'interno del volume target. Studi su piccoli animali hanno dimostrato che pMBRT può drammaticamente ridurre la normale tossicità tissutale, con controllo del tumore equivalente o superiore, rispetto alla terapia protonica convenzionale.

"La radioterapia con minibeam di protoni ha già mostrato un notevole aumento dell'indice terapeutico negli studi preclinici", afferma Ramón Ortiz da Institut Curie. "Questi risultati promettenti incoraggiano la traduzione di questa tecnica nel dominio clinico". Con questo obiettivo, Ortiz (ora alla UC San Francisco) e colleghi dell'Institut Curie hanno valutato i benefici del pMBRT per il trattamento delle metastasi del cancro, hanno riportato i loro risultati in Fisica medica.

Simulazione di scenari pMBRT

La malattia metastatica rappresenta fino al 90% dei decessi correlati al cancro. Le metastasi sono comunemente trattate utilizzando tecniche di radioterapia stereotassica (SRT), ma la dose richiesta per il controllo locale è spesso limitata dal rischio di tossicità per il tessuto normale vicino. Per le metastasi cerebrali, ad esempio, la necrosi cerebrale indotta da radiazioni è riportata nella metà dei pazienti trattati con SRT.

Per determinare se pMBRT può ridurre tali complicazioni, il team ha utilizzato simulazioni Monte Carlo per calcolare le distribuzioni della dose per quattro pazienti che in precedenza avevano ricevuto SRT presso l'Institut Curie. I pazienti erano stati trattati per lesioni metastatiche nel lobo temporale del cervello, nel lobo frontale, nel fegato e nel polmone.

I ricercatori hanno simulato piani pMBRT a frazione singola, utilizzando uno o due campi di trattamento per fornire la stessa dose biologica equivalente (BED) al bersaglio del tumore come prescritto per l'SRT. Hanno modellato un collimatore di minibeam in ottone contenente fenditure di 400 μm × 5.6 cm a varie separazioni da centro a centro, per creare minibeam sia a spaziatura stretta che più ampia. Hanno quindi calcolato le distribuzioni della dose per i quattro casi di pazienti, per pMBRT, SRT e terapia protonica convenzionale.

Nei piani pMBRT a spaziatura ristretta, che creano una distribuzione uniforme della dose nel volume target, la copertura del tumore era simile o leggermente migliore rispetto ai piani SRT. I piani che utilizzavano fasci pMBRT a spaziatura più ampia, che forniscono una distribuzione della dose quasi uniforme al bersaglio, avevano una copertura del tumore inferiore.

È importante sottolineare che pMBRT ha ridotto significativamente la dose alle strutture critiche rispetto a SRT. Nel primo caso cerebrale, il pMBRT ha ridotto il BED medio agli organi a rischio (OAR) tra il 44% (nervo acustico destro) e il 100% (nervo acustico sinistro). Nel secondo trattamento cerebrale, il pMBRT ha risparmiato completamente gli OAR, compreso il tratto ottico, il tronco encefalico e il chiasma.

Nel caso del fegato, il BED medio al fegato e alle costole è stato ridotto rispettivamente del 25% e del 75%, evitando l'irradiazione della vena cava superiore. E per il caso del polmone, la dose agli OAR è stata ridotta tra l'11% (costole) e il 100% (arteria polmonare e bronchi). Il BED medio rispetto agli OAR era per lo più simile tra pMBRT e terapia protonica convenzionale.

I ricercatori hanno anche studiato i possibili effetti avversi del pMBRT sui tessuti normali. Per i due casi di metastasi cerebrali, ad esempio, hanno calcolato la dose erogata al tessuto cerebrale sano. Hanno considerato i limiti di dose per l'irradiazione frazionata standard, in cui una dose totale normalizzata a 2 Gy-frazioni (NTD_2.0) di 72 Gy comporta una probabilità del 5% di radionecrosi entro cinque anni.

Per tutti i piani pMBRT, la valle massima NTD_2.0 al cervello sano (61 Gy (RBE) per il caso del lobo temporale e 47 Gy (RBE) per il caso del lobo frontale) è rimasto al di sotto di questa soglia di tolleranza alla dose, in contrasto con la terapia protonica convenzionale. Per i pazienti con metastasi polmonari ed epatiche, anche le dosi medie ai tessuti polmonari ed epatici nei piani pMBRT erano ben al di sotto delle dosi medie massime tollerabili.

Benefici clinici

I trattamenti pMBRT considerati in questo studio sono stati erogati utilizzando solo uno o due array di minibeam. L'utilizzo di un minor numero di campi rispetto ai trattamenti SRT (tre o quattro archi) richiede un minore riposizionamento del paziente, riducendo il tempo di trattamento della frazione, nonché abbassando il volume di tessuto normale esposto a basse dosi. Inoltre, la somministrazione di pMBRT in una frazione di trattamento riduce notevolmente il tempo totale di trattamento rispetto ai piani SRT, che utilizzavano da tre a cinque frazioni.

Radioterapia minibeam: dai fotoni alle particelle cariche

I ricercatori sottolineano che i piani pMBRT valutati in questo lavoro potrebbero essere forniti clinicamente utilizzando il set-up già implementato presso il Centro di terapia protonica di Orsay per gli studi preclinici, con il bersaglio e il movimento degli organi durante il trattamento controllato come nella SRT e nella terapia protonica.

Ortiz racconta Mondo della fisica che l'Institut Curie sta ora discutendo la possibilità di sperimentazioni cliniche di Fase I/II. "Questi valuterebbero la neurotossicità e i tassi di controllo del tumore nel trattamento del glioblastoma multiforme ricorrente con minifasci di protoni", spiega. "Questo studio mira a contribuire alla preparazione di tali indagini cliniche".

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• Fonte: https://physicsworld.com/a/proton-minibeams-could-improve-treatment-of-cancer-metastases/