Proton-minibeams zouden de behandeling van kankermetastasen kunnen verbeteren

Het behandelen van kankerpatiënten met ruimtelijk gemoduleerde stralingsbundels zou tumoren kunnen vernietigen terwijl schade aan nabijgelegen organen en gezond weefsel tot een minimum wordt beperkt. Dat is het idee achter proton minibeam radiotherapie (pMBRT), een opkomende behandeltechniek die een reeks submillimeter grote stralingsbundels gebruikt om een ​​therapeutische dosis af te leveren.

De minibundels bestaan ​​uit afwisselend hooggedoseerde pieken en laaggedoseerde dalen, een patroon dat op ondiepe diepten minder schadelijk is voor gezond weefsel. Op grotere diepten worden deze stralen geleidelijk breder om een ​​homogene dosisverdeling binnen het doelvolume te creëren. Studies bij kleine dieren hebben aangetoond dat pMBRT dramatisch kan werken normale weefseltoxiciteit verminderenmet gelijkwaardige of superieure tumorcontrole, vergeleken met conventionele protonentherapie.

"Proton-minibeam-bestralingstherapie heeft in preklinische studies al een opmerkelijke winst in de therapeutische index laten zien", zegt Ramón Ortiz oppompen van Institut Curie. "Deze veelbelovende resultaten moedigen de vertaling van deze techniek naar het klinische domein aan." Met dit doel evalueerden Ortiz (nu bij UC San Francisco) en collega's van Institut Curie de voordelen van pMBRT voor de behandeling van kankermetastasen, rapporteerden hun bevindingen in Medische Fysica.

Simuleren van pMBRT-scenario's

Gemetastaseerde ziekte is verantwoordelijk voor tot 90% van de aan kanker gerelateerde sterfgevallen. Metastasen worden vaak behandeld met stereotactische radiotherapie (SRT), maar de dosis die nodig is voor lokale controle wordt vaak beperkt door het risico op toxiciteit voor nabijgelegen normaal weefsel. Bij hersenmetastasen wordt bijvoorbeeld bij de helft van de met SRT behandelde patiënten door straling geïnduceerde hersennecrose gemeld.

Om te bepalen of pMBRT dergelijke complicaties kan verminderen, gebruikte het team Monte Carlo-simulaties om dosisverdelingen te berekenen voor vier patiënten die eerder SRT kregen bij Institut Curie. De patiënten waren behandeld voor metastatische laesies in de temporale kwab, de frontale kwab, de lever en de longen van de hersenen.

De onderzoekers simuleerden single-fraction pMBRT-plannen, waarbij ze een of twee behandelingsvelden gebruikten om dezelfde biologische equivalente dosis (BED) aan het tumordoel toe te dienen als voorgeschreven voor de SRT. Ze modelleerden een koperen minibeam collimator met spleten van 400 μm × 5.6 cm op verschillende hart-op-hart scheidingen, om zowel smalle als wijdere minibeams te creëren. Vervolgens berekenden ze de dosisverdelingen voor de vier patiëntcasussen, voor pMBRT, SRT en conventionele protonentherapie.

In de pMBRT-plannen met nauwe tussenruimten, die een uniforme dosisverdeling in het doelvolume creëren, was de tumordekking vergelijkbaar met of iets beter dan in de SRT-plannen. Plannen die gebruikmaken van pMBRT-stralen met een grotere afstand, die een quasi-uniforme dosisverdeling naar het doelwit leveren, hadden een lagere tumordekking.

Belangrijk is dat pMBRT de dosis aanzienlijk verlaagde tot kritieke structuren in vergelijking met SRT. In het eerste hersengeval verlaagde pMBRT de gemiddelde BED naar organen die risico lopen (OAR's) met tussen 44% (rechter akoestische zenuw) en 100% (linker akoestische zenuw). Bij de tweede hersenbehandeling spaarde pMBRT de OAR's volledig, inclusief het optische kanaal, de hersenstam en het chiasma.

In het geval van de lever was de gemiddelde BED naar de lever en de ribben met respectievelijk 25% en 75% verminderd, terwijl bestraling van de superieure vena cava werd vermeden. En voor het longgeval werd de dosis voor OAR's verlaagd met tussen 11% (ribben) en 100% (longslagader en bronchiën). De gemiddelde BED tot OAR's was grotendeels vergelijkbaar tussen pMBRT en conventionele protonentherapie.

De onderzoekers onderzochten ook mogelijke nadelige effecten van pMBRT op normale weefsels. Voor de twee gevallen van hersenmetastasen berekenden ze bijvoorbeeld de dosis die werd toegediend aan gezond hersenweefsel. Ze keken naar de dosislimieten voor standaard gefractioneerde bestraling, waarbij een genormaliseerde totale dosis bij 2 Gy-fracties (NTD_2.0) van 72 Gy leidt tot een kans van 5% op radionecrose binnen vijf jaar.

Voor alle pMBRT-plannen, de maximale NTD in de vallei_2.0 naar de gezonde hersenen (61 Gy(RBE) voor het geval van de temporale kwab en 47 Gy(RBE) voor het geval van de frontale kwab) bleef onder deze dosistolerantiedrempel, in tegenstelling tot conventionele protonentherapie. Voor de patiënten met long- en levermetastasen lagen de gemiddelde doses voor long- en leverweefsel in pMBRT-plannen ook ver onder de maximaal aanvaardbare gemiddelde doses.

Klinische voordelen

De pMBRT-behandelingen die in dit onderzoek zijn overwogen, werden geleverd met slechts één of twee minibeam-arrays. Het gebruik van minder velden dan bij de SRT-behandelingen (drie of vier bogen) vereist minder herpositionering van de patiënt, waardoor de fractiebehandelingstijd wordt verkort en het volume van normaal weefsel dat wordt blootgesteld aan lage doses wordt verlaagd. Bovendien verkort het afleveren van pMBRT in één behandelingsfractie de totale behandeltijd aanzienlijk in vergelijking met de SRT-plannen, die drie tot vijf fracties gebruikten.

Minibeam radiotherapie: van fotonen tot geladen deeltjes

De onderzoekers wijzen erop dat de pMBRT-plannen die in dit werk zijn geëvalueerd, klinisch kunnen worden geleverd met behulp van de opstelling die al is geïmplementeerd in het Orsay Proton Therapy Centre voor preklinische onderzoeken, waarbij doel- en orgaanbewegingen tijdens de behandeling worden gecontroleerd zoals bij SRT en protonentherapie.

Ortiz vertelt Natuurkunde wereld dat Institut Curie nu de mogelijkheid van Fase I/II klinische proeven bespreekt. "Deze zouden de neurotoxiciteit en tumorcontrolepercentages evalueren bij de behandeling van recidiverend multiform glioblastoom met proton-minibundels", legt hij uit. "Deze studie heeft tot doel bij te dragen aan de voorbereiding van die klinische onderzoeken."

• Door SEO aangedreven content en PR-distributie. Word vandaag nog versterkt.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligentie. Kennis versterkt. Toegang hier.
• Bron: https://physicsworld.com/a/proton-minibeams-could-improve-treatment-of-cancer-metastases/