质子治疗期间闪光照射可以保护免疫细胞 – 物理世界

质子治疗期间闪光照射可以保护免疫细胞 – 物理世界

时间戳记：30年2024月8日，凌晨00:XNUMX
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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="模拟大脑中的血流 在重建的大脑模型中，血液（紫色）通过血管（黄色）的时空传播。从左到右：当流入和流出大脑的血流相等时，开始时（0.2 秒）、1.5 秒后和平衡时（长于 7 秒）的分布。 （礼貌：CC BY 4.0/物理 中 生物学 10.1088/1361-6560/ad144e)” title=”点击在弹出窗口中打开图像” href=”https://platoaistream.com/wp-content/uploads/2024/01/flash-irradiation-spares-immune-cells-质子治疗期间-物理世界.jpg”>模拟大脑中的血流
模拟大脑中的血流 在重建的大脑模型中，血液（紫色）通过血管（黄色）的时空传播。从左到右：开始时（0.2 秒）、1.5 秒后和平衡时（长于 7 秒）的分布。 （礼貌：CC BY 4.0/物理 中 生物学 10.1088/1361-6560/ad144e)

用放射治疗癌症可以刺激人体的免疫反应并抑制肿瘤生长，但它也会降低淋巴细胞（与免疫反应相关的白细胞）的水平，导致肿瘤控制受损和预后不良。这种辐射引起的淋巴细胞减少症的严重程度与输送到循环血细胞和淋巴细胞的剂量相关。因此，最大限度地减少心脏、外周血液和淋巴器官的剂量可能有助于减少这种有害影响。

为了进一步研究这一理论，Antje Galts 和 阿卜杜勒卡莱克·哈米 多特蒙德工业大学的研究人员探讨了 FLASH 放射治疗（以超高剂量率进行的放射治疗）是否可以降低脑癌患者质子治疗期间免疫细胞消耗的水平。

“在高剂量率下观察到的 FLASH 保护效应背后的生物学机制尚未完全了解。然而，提出的理论之一是免疫假说，该假说表明 FLASH 照射的瞬时剂量输送通过最大限度地减少照射时间来显着减少循环淋巴细胞的消耗，”Hammi 解释道。 “在我们的研究中，我们表明，与传统的分割质子笔形束扫描治疗计划相比，大分割治疗和快速剂量输送可以使免疫细胞免受高达 27 倍的伤害。”

高尔茨和哈米使用了 剂量测定血流模型 模拟脑肿瘤的传统和基于 FLASH 的调强质子治疗 (IMPT) 过程中循环淋巴细胞的剂量。动态束流传输模型模拟 IMPT 分段治疗计划，同时考虑每个单个质子笔形束剂量率的时空变化。哈米指出，该模型结合了商用回旋加速器的实际传输参数。

为了准确反映人脑的血液循环，Galts 和 Hammi 直接根据大脑 MR 血管造影图像绘制了血管图。他们使用由此产生的脑血管模型（包括 465 条血管和 8841 个单独的血管分支）来模拟血流中免疫细胞的循环。

研究人员使用四个入射质子束和临床相关的传递参数，为胶质母细胞瘤制定了现实的 IMPT 治疗计划。然后，他们计算了质子治疗计划实施过程中循环血液所暴露的随时间变化的辐射场以及治疗后的累积剂量，并将他们的发现报告在 医学与生物学物理学.

胶质母细胞瘤是最致命的脑癌，用放射疗法治疗可能会导致长期放射引起的淋巴细胞减少。 Hammi 说：“通过对放疗期间的脑血管系统进行建模，我们希望更深入地了解放疗如何影响这些患者群体的免疫反应，从而有可能改进治疗策略。”

计划比较

Galts 和 Hammi 研究了四种治疗方案： 使用单一 22.3 Gy 剂量的 IMPT FLASH；使用两个 14.6 Gy 和五个 8 Gy 分割进行大分割 FLASH；和使用 2 个 XNUMX Gy 分数的传统 IMPT。对于每个治疗计划，他们评估了对循环淋巴细胞的剂量影响，并估计了由此产生的放射毒性。

剂量体积直方图显示，与传统剂量率IMPT相比，FLASH放疗显着降低了受照射细胞的比例。在第一次治疗期间，所有三种 FLASH 方案均照射了约 1.52% 的循环血量，而传统 IMPT 则照射了 2.18%。大分割 FLASH 计划（分两次或五次）将照射体积分别增加到 3.01% 和 7.35%，而传统 IMPT 使 42.41% 的外周血暴露于辐射。

接下来，研究人员检查了在整个治疗过程中接受至少 7 cGy 剂量（导致淋巴细胞群减少 2% 的阈值）的循环淋巴细胞水平。完成常规 IMPT 后，25.65% 的循环淋巴细胞接受了至少 7 cGy 的剂量。对于单次、两次和五次 FLASH 治疗，接受超过此剂量阈值的体积分别为 1.21%、2.30% 和 5.14%。

接受超过 100 cGy 剂量的循环淋巴细胞体积（导致 30% 损耗）在​​单次、两次和五次 FLASH 中分别为 0.77%、1.28% 和 2.09%，在传统 IMPT 期间为 0.10%。

Galts 和 Hammi 还研究了外周血中分布不同的 CD4+ 和 CD8+ 淋巴细胞对各种辐射情况的反应。对于两种淋巴细胞类型，单次、两次和五次 FLASH 以及传统 IMPT 第一次分段后的细胞杀伤率分别为 0.66%、0.62%、0.32% 和 0.08%。

完全治疗后，两次和五次治疗部分的淋巴细胞损耗分别为 1.02% 和 1.56%，而传统 IMPT 的淋巴细胞损耗为 2.14%。这些研究结果表明，FLASH 质子疗法在颅内治疗过程中可以保护循环免疫细胞，与传统 IMPT 相比，单次 FLASH 使消耗率降低了近 70%。

哈米告诉 物理世界 他们现在正在扩展该模型以包括头颈癌。 “此外，我们正在探索各种 FLASH 传递方法及其对免疫系统耗竭的影响，特别关注基于被动、患者特异性能量调节的适形 FLASH 治疗，”他解释道。 “与直通式 FLASH 递送相比，这种递送模型有可能节省更多的循环淋巴细胞。”

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