Desarrollo de radioterapia de microhaz (MRT) para el cáncer inoperable
USask Farley Chicilo, estudiante de doctorado en ingeniería biomédica, en el sincrotrón Canadian Light Source de la Universidad de Saskatchewan. Crédito: Canadian Light Source, Universidad de Saskatchewan
Un innovador tratamiento de radiación que algún día podría ser una valiosa adición a la radioterapia convencional para tumores cerebrales y espinales inoperables está un paso más cerca, gracias a una nueva investigación dirigida por la Universidad de Saskatchewan (USask ) investigadores de Canadian Light Source (CLS).
La radioterapia de microhaz (MRT, por sus siglas en inglés) utiliza haces de rayos X generados por sincrotrón en dosis muy altas, más estrechos que un cabello humano, para destruir tumores con radiación sin afectar el tejido sano. La idea es que la MRT administraría una dosis adicional de radiación a un tumor después de haber probado la radioterapia convencional máxima, brindando así a los pacientes otro tratamiento que podría prolongar sus vidas.
Pero las preguntas de larga data han sido: ¿Cuál es el rango óptimo de energía de rayos X de la dosis de radiación MRT que penetrará el espesor del cuerpo humano y aún así no afectará a las células sanas? ¿Cómo se pueden administrar y medir las dosis de radiación extremadamente altas con la precisión necesaria para el tratamiento humano?
En un artículo recién publicado en Physics in Medicine and Biology, el equipo de investigación es el primero en demostrar que la MRT puede ampliarse para el tratamiento de radiación humana. El equipo ha identificado cómo se puede administrar la radiación de manera óptima para garantizar la seguridad y la eficacia del posible tratamiento contra el cáncer humano.
«El desafío ha sido determinar el rango de energía ideal necesario para que la terapia se pueda usar en humanos con la próxima generación de sincrotrones», dijo Farley Chicilo, Ph.D. de USask. estudiante de ingeniería biomédica y autor principal del artículo.
El rango de energía disponible ahora en los sincrotrones de todo el mundo no es suficiente para penetrar el espesor del cuerpo humano.
«Pudimos identificar el rango de energía de rayos X más alto necesario para penetrar el grosor del cuerpo humano, validando las predicciones del modelo matemático», dijo Chicilo, y señaló que el modelo matemático había indicado que la energía óptima de rayos X sería de 150 a 250 kiloelectronvoltios (keV).
La MRT tiene una ventaja clave sobre otros tipos de radiación: debido a que el haz microscópicamente estrecho de rayos X que bombardean se secciona como los dientes en un peine, el tejido sano no irradiado en los espacios entre los finos microhaces es capaz de ayudar a sanar el tejido irradiado en la trayectoria del microhaz.
«Para que la MRT tenga éxito, necesitamos que los microhaces paralelos estén lo más claramente definidos posible», dijo Chicilo. «Imagínese una terapia tumoral con cortes de cuchillo tan finos que podrían atravesar completamente la médula espinal de un animal y no paralizar al animal. MRT es ese corte de cuchillo fino».
El experimento del equipo demostró que a 150 keV , los microhaces de alta energía e intensidad no se desdibujaron, lo que permitió que las células sanas adyacentes repararan rápidamente las células dañadas en la trayectoria del microhaz.
«Uno podría pensar que a mayor energía los electrones se dispersarían más y dañan el tejido circundante, pero es todo lo contrario», dijo Dean Chapman, cosupervisor de Chicilo, experto en imágenes médicas de USask. «Este nuevo conocimiento afectará cómo se desarrollarán en el futuro máquinas dedicadas para MRT».
Otro desafío importante para los científicos que investigan MRT ha sido la falta de un detector que pueda medir con precisión las dosis de radiación extremadamente altas. a una resolución de escala de micras.
«Lo que hizo nuestro equipo fue desarrollar una técnica única de detector de medición de radiación de alta dosis y usarla para determinar el contorno exacto de la dosis de radiación emitida por el microhaz», dijo el profesor de ingeniería de USask, Safa. Kasap, quien ha estado trabajando en detectores de imágenes de rayos X durante más de dos décadas y es el supervisor de Chicilo.
El detector utiliza un vidrio especial que contiene samario, un ion de tierras raras, que ayudó al equipo a medir la radiación. dosificar y asegurarse de que sea preciso y controlado. El vaso en sí fue preparado por Andy Edgar en la Universidad Victoria de Wellington en Nueva Zelanda, un antiguo colaborador del grupo USask. El detector que usa este vidrio y el aparato de medición fueron diseñados y desarrollados en USask, el único lugar que usa este material único para la medición MRT de radiación ionizante.
El samario brilla de color naranja cuando es excitado por un láser azul, pero cuando expuestos a los rayos X, los iones ganan un electrón y brillan en rojo. Al observar la relación entre la luz naranja y la roja, el equipo pudo medir la dosis depositada a una resolución muy alta en el amplio rango de dosis de MRT.
«Este es uno de los mejores detectores que se ha desarrollado para medir el contorno detallado de los bordes del microhaz», dijo Kasap.
La capacidad recién descubierta de predecir tanto un rango de energía ideal de los rayos X como el ancho ideal de los microhaces para la terapia humana será «crítico en el futuro para la planificación del tratamiento en ensayos clínicos», dijo el profesor adjunto de USask y miembro del equipo, el Dr. Fred Geisler, físico nuclear y neurocirujano, experto de renombre internacional en lesiones de la médula espinal y cirugía de la columna.
«Estos son pasos importantes y emocionantes en un proceso para hacer que la MRT esté disponible para el tratamiento del cáncer humano», dijo Geisler, y agregó que esto podría llevar una década.
Los sincrotrones son el único medio para generar una fuerza lo suficientemente alta de Rayos X paralelos para la investigación MRT. El CLS es una de las pocas instalaciones en el mundo que puede producir microhaces con el rango de energía adecuado para probar aplicaciones biológicas y médicas.
Tener el CLS ubicado en el campus de USask junto con el Western College of Veterinary Medicine and the Saskatchewan Cancer Agency (SCA) crea una masa crítica de investigadores multidisciplinarios para continuar avanzando en la MRT.
De hecho, Chicilo y algunos de sus coautores están trabajando actualmente con la SCA en un modelo de ratón para determinar cuándo realizar MRT después de que ya se haya probado la radioterapia estándar.
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Radioterapia de microhaz Más información: F Chicilo et al, Perfiles de dosis y optimización de la energía de rayos X para la radioterapia de microhaz mediante dosimetría de alta dosis y alta resolución usando Sm- placas de vidrio de fluoroaluminato dopado y simulación de transporte de Monte Carlo, física en medicina y biología (2020). DOI: 10.1088/1361-6560/ab7361 Información de la revista: Physics in Medicine and Biology
Proporcionado por la Universidad de Saskatchewan Cita: Desarrollo de radioterapia de microhaz (MRT) para cáncer inoperable (2020, 13 de mayo) recuperado el 31 de agosto de 2022 de https://medicalxpress.com/news/2020-05-microbeam-therapy-mrt-inoperable-cancer.html Este documento está sujeto a derechos de autor. Aparte de cualquier trato justo con fines de estudio o investigación privados, ninguna parte puede reproducirse sin el permiso por escrito. El contenido se proporciona únicamente con fines informativos.