Optimering af protonstrålebehandling med matematiske modeller

Partikelstrålebehandling bruges i stigende grad til behandling af mange former for kræft. Det består i at udsætte tumorer for stråler af højenergiladede partikler, såsom protoner. Selvom det er mere målrettet end konventionel strålebehandling ved hjælp af røntgenstråler, denne fremgangsmåde beskadiger stadig det omgivende normale væv. For at designe den optimale behandlingsplan for hver patient, det er vigtigt at kende strålens energi og dens virkning på både tumor og normalt væv.

I en nylig undersøgelse offentliggjort i EPJ D. , en gruppe forskere ledet af Ramin Abolfath ved University of Texas MD Anderson Cancer Center, Houston, Texas, USA, fremlægge en ny matematisk model, der beskriver virkningerne af disse strålebehandlinger på patienters væv, baseret på nye, mere komplekst, parametre. Ved hjælp af disse nye modeller, klinikere bør være i stand til at forudsige virkningen af ​​protonstråler på normalt og tumorvæv mere præcist, giver dem mulighed for at udarbejde mere effektive behandlingsplaner.

De terapeutiske og toksiske virkninger af en protonstråle kan begge beskrives ved hjælp af en kombination af to effekter:først, den biologiske effekt af strålingen og for det andet, mængden af ​​energi, strålen overfører til væv pr. tilbagelagt længdenhed, kaldet lineær energioverførsel (LET).

I over et halvt århundrede, klinikere har baseret behandlingsplaner på standard radiobiologiske modeller. Disse involverede kun to parametre:alfa, som er proportional med LET; og beta, som er uafhængig af LET.

I denne nye tilgang, forfatterne modellerede de processer, hvorigennem energioverførsel fra ioniserende stråling frembringer potentielt dødelig DNA -skade i mikroskopisk skala. De koblede det derefter til modeller for fødsler og død af celler i kolonier i millimeterskala.

Abolfath og kolleger tilpassede deres model til data om lungekræftcellernes reaktion på terapeutiske doser af protonstrålebestråling, og fandt ud af, at de radiobiologiske standardmodeller anvendte sig dårligst, når strålenergien var lav. De brugte derefter disse fund til at generere nye modeller, hvor alfa og beta blev erstattet af mere komplekse formler, som er i stand til at forklare nogle observerede anomalier i celleoverlevelse.