Terapia de neutrones rápidos
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Terapia de neutrones rápidos
Sala de Terapia UW.jpg
Sala de tratamiento de pacientes para radioterapia de neutrones
ICD-10-PCSD? 0? 5ZZ
CIE-992,26

La terapia de neutrones rápidos utiliza neutrones de alta energía típicamente entre 50 y 70 MeV para tratar el cáncer . La mayoría de los haces de terapia de neutrones rápidos son producidos por reactores, ciclotrones (d + Be) y aceleradores lineales. Actualmente, la terapia de neutrones está disponible en Alemania, Rusia, Sudáfrica y Estados Unidos. En los Estados Unidos, un centro de tratamiento está en funcionamiento, en Seattle, Washington. El centro de Seattle utiliza un ciclotrón que produce un haz de protones que incide sobre un objetivo de berilio .

Ventajas

La radioterapia mata las células cancerosas de dos formas dependiendo de la energía efectiva de la fuente radiante. La cantidad de energía depositada cuando las partículas atraviesan una sección de tejido se denomina transferencia de energía lineal (LET). Los rayos X producen una radiación LET baja y los protones y neutrones producen una radiación LET alta. La radiación de LET baja daña las células principalmente a través de la generación de especies reactivas de oxígeno, ver radicales libres. El neutrón no está cargado y daña las células por efecto directo sobre las estructuras nucleares. Los tumores malignos tienden a tener niveles bajos de oxígeno y, por lo tanto, pueden ser resistentes a la radiación LET baja. Esto da una ventaja a los neutrones en determinadas situaciones. Una ventaja es un ciclo de tratamiento generalmente más corto. Para matar la misma cantidad de células cancerosas, los neutrones requieren un tercio de la dosis efectiva que los protones. [1] Otra ventaja es la capacidad establecida de los neutrones para tratar mejor algunos cánceres, como los de las glándulas salivales, los carcinomas adenoides quísticos y ciertos tipos de tumores cerebrales, especialmente los gliomas de grado alto [2]

DEJAR

Comparación de electrones LET bajos y electrones LET altos

Cuando los rayos X de energía terapéutica (1 a 25 MeV) interactúan con las células del tejido humano, lo hacen principalmente mediante interacciones de Compton y producen electrones secundarios de energía relativamente alta. Estos electrones de alta energía depositan su energía a aproximadamente 1  keV / µm . [3] En comparación, las partículas cargadas producidas en un sitio de interacción de neutrones pueden entregar su energía a una velocidad de 30 a 80 keV / µm. La cantidad de energía depositada cuando las partículas atraviesan una sección de tejido se denomina transferencia de energía lineal (LET). Los rayos X producen una radiación LET baja y los neutrones producen una radiación LET alta.

Debido a que los electrones producidos a partir de los rayos X tienen alta energía y baja LET, cuando interactúan con una célula, normalmente solo se producen unas pocas ionizaciones. Entonces, es probable que la baja radiación de LET provoque solo roturas de una sola hebra de la hélice de ADN. Las roturas de una sola hebra de moléculas de ADN se pueden reparar fácilmente, por lo que el efecto sobre la célula diana no es necesariamente letal. Por el contrario, las partículas con alta carga de LET producidas por la irradiación de neutrones causan muchas ionizaciones a medida que atraviesan una célula, por lo que son posibles las roturas de doble hebra de la molécula de ADN. La reparación del ADN de las roturas de doble hebra es mucho más difícil de reparar para una célula y es más probable que conduzca a la muerte celular.

Los mecanismos de reparación del ADN son bastante eficientes, [4] y durante la vida de una célula se repararán muchos miles de roturas de ADN de una sola hebra. Sin embargo, una dosis suficiente de radiación ionizante produce tantas roturas de ADN que abruma la capacidad de los mecanismos celulares para hacer frente.

La terapia de iones pesados (por ejemplo, iones de carbono) utiliza el LET igualmente alto de los iones 12 C 6+ . [5] [6]

Debido al alto LET, el daño relativo por radiación (efecto biológico relativo o RBE ) de los neutrones rápidos es 4 veces mayor que el de los rayos X, [7] [8] lo que significa que 1 rad de neutrones rápidos es igual a 4 rads de rayos X . El RBE de los neutrones también depende de la energía, por lo que los haces de neutrones producidos con diferentes espectros de energía en diferentes instalaciones tendrán diferentes valores de RBE.

Efecto oxigeno

La presencia de oxígeno en una célula actúa como radiosensibilizador , haciendo que los efectos de la radiación sean más dañinos. Las células tumorales suelen tener un contenido de oxígeno más bajo que el tejido normal. Esta afección médica se conoce como hipoxia tumoral y, por lo tanto, el efecto del oxígeno actúa para disminuir la sensibilidad del tejido tumoral. [9] El efecto del oxígeno puede describirse cuantitativamente mediante la relación de mejora del oxígeno (REA). En general, se cree que la irradiación de neutrones supera el efecto de la hipoxia tumoral, [10] aunque existen argumentos en contra [11].

Usos clínicos

La eficacia de los haces de neutrones para su uso en el cáncer de próstata se ha demostrado mediante ensayos aleatorizados. [12] [13] [14] La terapia de neutrones rápidos se ha aplicado con éxito contra los tumores de las glándulas salivales . [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] También se han tratado los carcinomas adenoides quísticos . [23] [24] Se examinaron varios otros tumores de cabeza y cuello . [25] [26] [27]

Efectos secundarios

Ninguna terapia contra el cáncer está libre de riesgos de efectos secundarios. La terapia de neutrones es un bisturí nuclear muy poderoso que debe utilizarse con un cuidado exquisito. Por ejemplo, algunas de las curas más notables que ha podido lograr son los cánceres de cabeza y cuello. Muchos de estos cánceres no pueden tratarse eficazmente con otras terapias. Sin embargo, el daño de los neutrones en áreas vulnerables cercanas como el cerebro y las neuronas sensoriales puede producir atrofia cerebral irreversible, ceguera, etc. El riesgo de estos efectos secundarios se puede mitigar en gran medida con varias técnicas, pero no se pueden eliminar por completo. Además, algunos pacientes son más susceptibles a estos efectos secundarios que otros y esto no se puede predecir.En última instancia, el paciente debe decidir si las ventajas de una cura posiblemente duradera superan los riesgos de este tratamiento cuando se enfrenta a un cáncer que de otro modo sería incurable.[28]

Centros de neutrones rápidos

Varios centros de todo el mundo han utilizado neutrones rápidos para tratar el cáncer. Debido a la falta de financiación y apoyo, en la actualidad solo tres están activos en los EE. UU. La Universidad de Washington y el Centro de Oncología Radioterápica de Gershenson operan haces de terapia de neutrones rápidos y ambos están equipados con un colimador de hojas múltiples (MLC) para dar forma al haz de neutrones. [29] [30] [31]

Universidad de Washington

El Departamento de Oncología Radioterápica [32] opera un ciclotrón de protones que produce neutrones rápidos al dirigir protones de 50,5 MeV hacia un objetivo de berilio. El ciclotrón UW está equipado con un sistema de entrega montado en un pórtico y un MLC para producir campos con forma. El sistema UW Neutron se conoce como el Sistema de Terapia Clínica de Neutrones (CNTS). [33] El CNTS es típico de la mayoría de los sistemas de terapia de neutrones. Se requiere un edificio grande y bien protegido para reducir la exposición a la radiación del público en general y para albergar el equipo necesario.

Univ. de Washington CNTS

  • Ciclotrón UW

  • Colimador de hojas múltiples (MLC) utilizado para dar forma al haz de neutrones

  • Esquema de la entrega de un campo de tratamiento. La camilla del paciente se ha girado, junto con el pórtico, de modo que el haz de neutrones ingrese oblicuamente, para ahorrar el máximo tejido normal.

  • Ejemplo de un campo de neutrones de tratamiento colimado utilizando un MLC de neutrones

Una línea de luz transporta el haz de protones desde el ciclotrón a un sistema de pórtico. El sistema de pórtico contiene imanes para desviar y enfocar el haz de protones hacia el objetivo de berilio. El extremo del sistema de pórtico se conoce como cabezal y contiene sistemas de dosimetría para medir la dosis, junto con el MLC y otros dispositivos de modelado del haz. La ventaja de tener un transporte de haz y un pórtico es que el ciclotrón puede permanecer estacionario y la fuente de radiación se puede girar alrededor del paciente. Además de variar la orientación de la camilla de tratamiento en la que se coloca el paciente, la variación de la posición del pórtico permite que la radiación se dirija desde prácticamente cualquier ángulo, lo que permite ahorrar tejido normal y una dosis máxima de radiación al tumor.

Durante el tratamiento, solo el paciente permanece dentro de la sala de tratamiento (llamada bóveda) y los terapeutas controlarán el tratamiento de forma remota, viendo al paciente a través de cámaras de video. Cada entrega de una geometría de haz de neutrones establecida se denomina campo o haz de tratamiento. La administración del tratamiento está planificada para administrar la radiación de la manera más eficaz posible y, por lo general, da como resultado campos que se ajustan a la forma del objetivo general, con cualquier extensión para cubrir la enfermedad microscópica.

Centro de Cáncer Karmanos / Universidad Estatal de Wayne

La instalación de terapia de neutrones en el Centro de Oncología Radioterápica de Gershenson en el Centro de Cáncer Karmanos / Universidad Estatal de Wayne (KCC / WSU) en Detroit tiene algunas similitudes con el CNTS de la Universidad de Washington, pero también tiene muchas características únicas. Esta unidad fue dada de baja en 2011.

MLC en ciclotrón KCC / WSU

  • Esquema de MLC

  • Foto del MLC

  • Esquema del ciclotrón superconductor montado en pórtico KCC / WSU

Mientras que el CNTS acelera los protones, la instalación de KCC produce su haz de neutrones acelerando deuterones de 48,5 MeV sobre un objetivo de berilio. Este método produce un haz de neutrones con características de dosis de profundidad aproximadamente similares a las de un haz de fotones de 4 MV. Los deuterones se aceleran utilizando un ciclotrón superconductor montado en un pórtico (GMSCC), lo que elimina la necesidad de imanes de dirección de haz adicionales y permite que la fuente de neutrones gire 360 ​​° completos alrededor de la camilla del paciente.

La instalación de KCC también está equipada con un dispositivo de modelado de haz MLC, [34] el único otro centro de terapia de neutrones en los EE. UU. Además del CNTS. El MLC en las instalaciones de KCC se ha complementado con un software de planificación de tratamiento que permite la implementación de la Radioterapia de Neutrones de Intensidad Modulada (IMNRT), un avance reciente en la terapia con haces de neutrones que permite una mayor dosis de radiación al sitio del tumor objetivo que el neutrón tridimensional. terapia. [35]

KCC / WSU tiene más experiencia que nadie en el mundo en el uso de la terapia de neutrones para el cáncer de próstata, habiendo tratado a casi 1,000 pacientes durante los últimos 10 años.

Fermilab / Universidad del Norte de Illinois

El centro de terapia de neutrones de Fermilab trató por primera vez a pacientes en 1976, [36] y desde entonces ha tratado a más de 3.000 pacientes. En 2004, la Universidad del Norte de Illinois comenzó a administrar el centro. Los neutrones producidos por el acelerador lineal en Fermilab tienen las energías más altas disponibles en los EE. UU. Y se encuentran entre las más altas del mundo [37] [38] [39]

El centro de Fermilab fue clausurado en 2013. [40]

Ver también

  • Terapia de captura de neutrones de boro

Referencias

  1. ^ Keyhandokht Shahri, Laleh Motavalli y Hashem Hakimabad. "Aplicaciones de neutrones en el tratamiento del cáncer" Hellenic Journal of Nuclear Medicine 14: 2 (mayo-agosto de 2011)
  2. ^ Feng-Yi Yang, Wen-Yuan Chang, Jia-Je Li, Hsin-Ell Wang, Jyh-Cheng Chen y Chi-Wei Chang. "Análisis farmacocinético y absorción de 18F-FBPA-Fr después de sangre-cerebro inducida por ultrasonido Interrupción de la barrera para la mejora potencial de la administración de boro para la terapia de captura de neutrones "Journal of Nuclear Medicine 55: 616–621 (2014)
  3. ^ Johns HE y Cunningham JR. La física de la radiología. Charles C Thomas 3a edición 1978
  4. ^ Goodsell DS. Fundamentos de la medicina del cáncer La perspectiva molecular: el ADN de doble hebra rompe el oncólogo, vol. 10, núm. 5, 361–362, mayo de 2005
  5. ^ Kubota N, Suzuki M, Furusawa Y, Ando K, Koike S, Kanai T, Yatagai F, Ohmura M, Tatsuzaki H, Matsubara S, et al. Una comparación de los efectos biológicos de los iones de carbono modulados y los neutrones rápidos en las células de osteosarcoma humano. Revista Internacional de Oncología Radioterápica, Biología, Física, Volumen 33, Número 1, 30 de agosto de 1995, Páginas 135–141
  6. ^ Centro alemán de investigación del cáncer
  7. ^ Pignol JP, Slabbert J y Binns P. Monte Carlo simulación de espectros de neutrones rápidos: estimación de energía lineal media con función de efectividad y correlación con RBE. Revista Internacional de Oncología Radioterápica, Biología, Física, Volumen 49, Número 1, 1 de enero de 2001, Páginas 251–260
  8. ^ Theron T, Slabbert J, Serafin A y Böhm L. Los méritos de los parámetros cinéticos de la célula para la evaluación de la radiosensibilidad celular intrínseca a la irradiación de fotones y neutrones de alta transferencia de energía lineal. Revista Internacional de Oncología Radioterápica, Biología, Física, Volumen 37, Número 2, 15 de enero de 1997, páginas 423–428
  9. ^ Vaupel P, Harrison L. Hipoxia tumoral: factores causales, mecanismos compensatorios y respuesta celular The Oncologist 2004; 9 (supl. 5): 4-9
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  38. ^ "Acerca de nosotros" . Instituto NIU de Terapia de Neutrones. Archivado desde el original el 20 de diciembre de 2008 . Consultado el 24 de abril de 2010 .
  39. ^ "Neutrones contra el cáncer" (PDF) . Instituto NIU de Terapia de Neutrones. Archivado desde el original (PDF) el 4 de noviembre de 2009 . Consultado el 24 de abril de 2010 .
  40. ^ [ https://www-bd.fnal.gov/ntf/ Terapia de neutrones}

enlaces externos

  • Descripción general de la terapia de neutrones FermiLab
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