フラッシュ照射は陽子線治療中に免疫細胞を救う – Physics World

<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="脳内の血流のモデル化 再構成された脳モデルの血管 (黄色) を通る血液 (紫) の時空間伝播。左から右へ: 脳に流入する血流と脳から流出する血流が等しいときの、開始時 (0.2 秒)、1.5 秒後、平衡時 (7 秒以上) の分布。 (提供: CC BY 4.0/物理学Med。 Biol。 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”>

放射線によるがんの治療は、体の免疫反応を刺激して腫瘍の増殖を阻害しますが、免疫反応に関連する白血球であるリンパ球のレベルも低下させる可能性があり、その結果、腫瘍制御が損なわれ、予後が不良になる可能性があります。この放射線誘発性リンパ球減少症の重症度は、循環血球およびリンパ球に照射される線量と相関します。したがって、心臓、末梢血、リンパ系臓器への線量を最小限に抑えることが、この有害な影響を軽減するのに役立つ可能性があります。

この理論をさらに調査するために、Antje Galts と アブデルハレク・ハンミ ドルトムント工科大学の研究者らは、フラッシュ放射線療法（超高線量率で照射される放射線）が脳腫瘍患者の陽子線治療中の免疫細胞の枯渇レベルを低減できるかどうかを調査した。

「高線量率で観察されたFLASH節約効果の背後にある生物学的メカニズムはまだ完全には理解されていません。しかし、提案された理論の27つは免疫仮説であり、フラッシュ照射の瞬間線量照射により、曝露時間を最小限に抑えることで循環リンパ球の減少が大幅に減少することを示唆しています」とHammi氏は説明する。 「私たちの研究では、低分割治療と迅速な線量送達により、従来の分割プロトンペンシルビームスキャン治療計画と比較して、免疫細胞が最大XNUMX倍救われることが示されました。」

ガルツとハミは 線量測定血流モデル 脳腫瘍の従来型および FLASH ベースの強度変調陽子線治療 (IMPT) 中の循環リンパ球への線量をシミュレートします。動的ビーム照射モデルは、各単一陽子ペンシルビームの線量率の時空間変動を考慮しながら、IMPT 分割治療計画をシミュレートします。 Hammi 氏は、このモデルには市販のサイクロトロンからの現実的な供給パラメータが組み込まれていると指摘しています。

人間の脳の血液循環を正確に反映するために、Galts と Hammi は脳の MR 血管造影画像から直接血管をマッピングしました。彼らは、465 本の血管と 8841 個の個々の血管枝を含む脳血管モデルを使用して、血流内の免疫細胞の循環をシミュレートしました。

研究者らは、4本の入射陽子線と臨床的に関連する照射パラメーターを使用して、神経膠芽腫腫瘍に対する現実的なIMPT治療計画を作成しました。次に彼らは、陽子線治療計画の実施中に循環血液が曝露される時間変化する放射線場と治療後の累積線量を計算し、その結果を報告しました。 医学と生物学の物理学.

神経膠芽腫は脳腫瘍の中で最も致死的な形態であり、放射線療法で治療すると、長期にわたる放射線誘発性リンパ球減少症を引き起こす可能性があります。 「放射線照射中の脳血管系をモデル化することで、放射線療法がこれらの患者グループの免疫反応にどのような影響を与えるかについてより深い洞察が得られ、治療戦略の改善につながる可能性があると期待しています」とハミ氏は言う。

プラン比較

Galts と Hammi は 22.3 つの治療シナリオを検討しました。14.6 回の 8 Gy 照射による IMPT FLASH。 2 つの XNUMX Gy 分割と XNUMX つの XNUMX Gy 分割を使用した低分割 FLASH。 XNUMX の XNUMX Gy 分割を使用する従来の IMPT。各治療計画について、彼らは循環リンパ球に対する線量測定の影響を評価し、その結果生じる放射毒性を推定しました。

線量と体積のヒストグラムから、FLASH 放射線療法では、従来の線量率 IMPT と比較して、照射された細胞の割合が大幅に減少したことが明らかになりました。最初の治療部分では、1.52 つの FLASH スキームすべてが循環血液量の約 2.18% を照射しましたが、従来の IMPT は 3.01% を照射しました。 7.35 回または 42.41 回に分けて照射される低分割 FLASH プランでは、この照射量がそれぞれ XNUMX% と XNUMX% に増加しましたが、従来の IMPT では末梢血の XNUMX% が放射線に曝露されました。

次に研究者らは、全治療期間中に少なくとも7cGy（リンパ球数の2％減少を引き起こす閾値）の線量を受けた循環リンパ球のレベルを調べた。従来のIMPTを完了した後、循環リンパ球の25.65%が少なくとも7 cGyの線量を受けました。 1.21 回、2.30 回、および 5.14 回のフラクション FLASH 治療では、この線量閾値を超える量が投与された量は、それぞれ XNUMX%、XNUMX%、および XNUMX% でした。

100％の枯渇を引き起こす30 cGyを超える線量を受けた循環リンパ球の体積は、シングル、0.77、1.28フラクションFLASHではそれぞれ2.09％、0.10％、XNUMX％であり、従来のIMPTではXNUMX％でした。

Galts と Hammi はまた、末梢血中での分布が異なる CD4+ および CD8+ リンパ球の、さまざまな放射線照射シナリオに対する反応を研究しました。両方のリンパ球タイプについて、最初のフラクション後の細胞死滅率は、シングル、0.66、0.62 フラクション FLASH、および従来の IMPT でそれぞれ 0.32%、0.08%、XNUMX%、XNUMX% でした。

完全な治療後のリンパ球の減少は、1.02 回および 1.56 回の治療分数でそれぞれ 2.14% と 70% であり、従来の IMPT では XNUMX% でした。これらの発見は、FLASH 陽子線治療が頭蓋内治療中に循環免疫細胞を温存し、単一フラクション FLASH が従来の IMPT と比較して枯渇率をほぼ XNUMX% 低減することを示しています。

ハミは語る 物理学の世界 彼らは現在、このモデルを頭頸部がんも含めるように拡大していると述べた。 「さらに、私たちはさまざまなFLASH送達方法とその免疫系の枯渇への影響を研究しており、特に受動的な患者固有のエネルギー調節に基づく原体的なFLASH治療に焦点を当てています」と彼は説明します。 「この送達モデルには、シュートスルー FLASH 送達と比較して、より多くの循環リンパ球を節約できる可能性があります。」

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• 情報源： https://physicsworld.com/a/flash-irradiation-spares-immune-cells-during-proton-therapy/