Radiobiological and microdosimetric evaluation of proton FLASH versus conventional proton and conventional X-ray irradiation. A comparative study on cell survival and DNA damage

Υπόβαθρο: Η ακτινοθεραπεία με εξαιρετικά υψηλό ρυθμό δόσης (FLASH) αποτελεί μια θεμελιώδη αλλαγή στην ογκολογία, υποσχόμενη τη διεύρυνση του θεραπευτικού παραθύρου μέσω της προστασίας των υγιών ιστών, διατηρώντας παράλληλα τον έλεγχο του όγκου. Ωστόσο, οι ραδιοβιολογικοί μηχανισμοί που οδηγούν σε αυτό το διαφορικό αποτέλεσμα παραμένουν εν μέρει ασαφείς. Η παρούσα μελέτη στοχεύει στην παροχή ενός ολοκληρωμένου φυσικού και βιολογικού χαρακτηρισμού των πρωτονίων FLASH σε σύγκριση με τα συμβατικά (CONV) πρωτόνια και τις συμβατικές ακτίνες Χ, χρησιμοποιώντας μια πολυπαραμετρική πειραματική και υπολογιστική προσέγγιση. Μέθοδοι: Χρησιμοποιήθηκαν προσομοιώσεις Monte Carlo με το πλαίσιο TOPAS για τον χαρακτηρισμό της δέσμης του θαλάμου X-ray και του Κέντρου Θεραπείας Πρωτονίων του Τρέντο (TPTC). Πραγματοποιήθηκε μικροδοσιμετρική ανάλυση και η Σχετική Βιολογική Αποτελεσματικότητα (RBE) εκτιμήθηκε χρησιμοποιώντας το Μικροδοσιμετρικό Κινητικό Μοντέλο (MKM) και το Γενικευμένο Στοχαστικό Μικροδοσιμετρικό Μοντέλο (GSM2). Πειραματικά, τόσο κύτταρα τριπλά αρνητικού καρκίνου του μαστού (MDA-MB-231) όσο και υγιή επιθηλιακά κύτταρα μαστού (MCF-10A) ακτινοβολήθηκαν με ακτίνες Χ (0,03 Gy/sec), συμβατικά πρωτόνια (0,6 Gy/sec) και πρωτόνια FLASH (270 Gy/sec). Η κινητική των βλαβών του DNA αξιολογήθηκε μέσω της ποσοτικοποίησης των παραμέτρων των εστιών γH2AX και 53BP1, ενώ η μακροπρόθεσμη αναπαραγωγική ικανότητα αξιολογήθηκε με τη δοκιμασία κλωνογόνου επιβίωσης (clonogenic assay). Αποτελέσματα: Η μικροδοσιμετρική ανάλυση επιβεβαίωσε την μεταβαλλόμενη ποιότητα ακτινοβολίας των πρωτονίων, με το μοντέλο GSM2 να προβλέπει υψηλότερες τιμές RBE στην περιοχή αιχμής σε σύγκριση με το MKM. Στην αξιολόγηση των εστιών βλάβης του DNA, η ακτινοβόληση FLASH παρουσίασε σημαντική προστατευτική δράση στα υγιή κύτταρα MCF-10A, όπως αποδείχθηκε από τη μείωση τόσο του αριθμού όσο και της έντασης φθορισμού των εναπομείναντων εστιών 53BP1, γεγονός που υποδηλώνει μειωμένη πολυπλοκότητα των βλαβών. Ένας νέος σύνθετος δείκτης, το «Συνολικό Φορτίο Βλάβης» (Overall Damage Load), ποσοτικοποίησε αυτή τη μείωση σε περίπου 11% για τα υγιή κύτταρα, έναντι διαφοράς 3,6% στα κακοήθη κύτταρα. Συνεπώς, η μελέτη αυτή καταδεικνύει ότι η ακτινοβολία FLASH πρωτονίων ελαχιστοποιεί επιλεκτικά το φορτίο των πολύπλοκων, μη αναστρέψιμων βλαβών του DNA στον υγιή ιστό, χωρίς να μειώνει την κυτταροτοξική δράση στα καρκινικά κύτταρα του μαστού. Η ανάλυση κλωνογόνου επιβίωσης επιβεβαίωσε την προστατευτική δράση, εμφανίζοντας έναν Συντελεστή Τροποποίησης Δόσης (DMF) 1,21 στο επίπεδο επιβίωσης 10%.

Authors dc:creator

• Κωστάκης Κωνσταντίνος
• Kostakis Konstantinos

• Επιστήμες Υγείας
• Health Sciences

Language dc:language

English

Identifier

uoadl:5370715

OAI identifier oai:identifier

oai:lib.uoa.gr:uoadl:5370715