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Methoden, die eine In-situ-Dosimetrie und Bereichsvalidierung ermöglichen, sind in der Strahlentherapie unerlässlich, um den Sicherheitsspielraum zu verringern, der erforderlich ist, um die während des Behandlungsablaufs auftretenden Unsicherheiten zu berücksichtigen. Diese Studie schlägt ein nichtinvasives Dosiskonzept für die Kohlenstoffionen-Strahlentherapie vor, das auf einem Phasenwechsel-Ultraschallkontrastmittel basiert. Injizierbare Nanotröpfchen aus metastabilen Perfluorbutan (PFB)-Kernen, stabilisiert mit vernetzten Polyvinylalkohol-Hüllen, die bei physiologischen Temperaturen verdampfen, wenn sie Kohlenstoffionenstrahlung (C-Ionen) ausgesetzt werden, und sie in Echo-Mikrobläschen umwandeln. Die im Gewebesimulationsmodell eingebetteten Nanotröpfchen wurden einem klinischen C-Ionenstrahl von 312 MeV/U mit einer Dosis von 0,1–4 Gy und einer Bestrahlungstemperatur von 37 °C ausgesetzt. Durch die Auswertung der Ultraschallbildgebung des Bulk-Modus und der Kontrastverstärkung vor und nach der Bestrahlung wurde festgestellt, dass die signifikante strahlungsbedingte Verdampfung des Nanotröpfchens am C-Ionen-Bragg-Peak eine Submillimeterverschiebung reproduzierbar und dosisabhängig war. Durch Ändern der Modellposition, der Strahlreichweite und des Streu-Bragg-Peaks wurde die spezifische Reaktion des Nanotröpfchens auf C-Ionen weiter bestätigt. Die Reaktion von Nanotröpfchen auf C-Ionen wird von der Konzentration beeinflusst und ist unabhängig von der Dosisleistung. Diese ersten Ergebnisse zeigen das Potenzial für einen Durchbruch bei der In-vivo-Kohlenstoffionendosimetrie und der Scoping-Validierung von PFB-Nanotröpfchen mit Polymerhülle.
Eine fortschrittliche Strahlentherapie mit Strahlen stark geladener Teilchen wie Protonen und Kohlenstoffionen (C-Ionen) (bekannt als Hadronentherapie) ist seit kurzem klinisch verfügbar und wird weltweit mit dem Ziel entwickelt, die Behandlung arzneimittelresistenter Tumoren zu verbessern. Darüber hinaus geht man davon aus, dass die Hadronentherapie bei der Behandlung von Krebserkrankungen in der Nähe kritischer Organe, wie beispielsweise Brustkrebs auf der linken Seite in der Nähe des Herzens, vorteilhafter ist als die herkömmliche Strahlentherapie. Geladene Teilchen, die bei Röntgenphotonen unwahrscheinlich sind, diffundieren beim Eindringen in das Gewebe weniger stark und speichern maximale Energie in Intervallen von wenigen Millimetern Breite. Dann stoppen sie und geben den Großteil ihrer Energie in einem stark lokalisierten scharfen distalen Dosisabfall ab, der als Bragg-Peaks bekannt ist 3,4,5 . Daher ist die durch die Verwendung von Hadronen erhaltene Dosisverteilung aufgrund des begrenzten und schmalen Ablagerungsbereichs (dh der begrenzten seitlichen Diffusion) der Hadronen im Körper der durch Photonen erzielten überlegen. Obwohl C-Ionen und Protonen ähnliche physikalische Vorteile gegenüber Röntgenstrahlen haben, unterscheiden sich C-Ionen von Protonen in ihren strahlenbiologischen Eigenschaften und sind im Allgemeinen mit einer schlechten Prognose und einer hohen Mortalität bei der Behandlung verbunden. Cornelius A. Tobias schlug zunächst die Verwendung von Kohlenstoffionen in der Strahlentherapie vor und argumentierte, dass schwerere Ionen möglicherweise wirksamer seien als Protonen. Der Hauptunterschied in der Dosisverteilung zwischen den beiden Strahlungsarten besteht darin, dass das C-Ion außerhalb seines distalen Zerfalls einen kleinen Fragmentierungsschwanz aufweist. Darüber hinaus zeichnen sich C-Ionen seitlich durch einen steileren Zerfall aus als der Protonenstrahl, der aufgrund des deutlich schmaleren Bragg-Peaks zielkonformer ist, was es ihnen ermöglicht, Tumormassen effektiver zu treffen und gesundes Gewebe vor und am besten zu schützen nach dem Tumor. Darüber hinaus induziert der lineare Energietransfer (LET), also die Energiedichte der im Material abgelagerten geladenen Teilchen, die von Primärprotonen pro Längeneinheit durchquert werden, 7, 8, 9.C-Ionen die maximale relative Bioverfügbarkeit (RBE) am Bragg-Peak und zeigen eine optimale Wirksamkeit gegen arzneimittelresistente Tumoren bei LET-Werten von 150–200 keV/μm10 und 11. Darüber hinaus haben jüngste Fortschritte gezeigt, dass die radiobiologischen Eigenschaften von dichtem ionisiertem Kohlenstoff zusätzliche therapeutische Wirkungen in der Krebstherapie haben, indem sie Immunantworten verstärken und Verringerung des Angiogenese- und Metastasierungspotentials7. Das Interesse am klinischen Potenzial von C-Ionen spiegelte sich in der steigenden Zahl behandelter Patienten in den letzten zwei Jahrzehnten wider. Studien der Phasen I und II in Japan haben vielversprechende Ergebnisse bei Patienten mit lokal fortgeschrittenem Bauchspeicheldrüsenkrebs gezeigt. Kürzlich wurden in Deutschland weitere klinische Studien der Phase II durchgeführt, um diese Ergebnisse zu bestätigen 12. Nach Angaben der Particle Therapy Collaboration Group (PTCOG) ist die Anzahl der aktiven Zentren weltweit jedoch immer noch auf 12 begrenzt; Hauptsächlich in Europa (Italien, Deutschland, Österreich) und Asien (China und Japan), während in den USA und Frankreich 13 Zentren im Bau sind.
Bisher war dies eine der größten Herausforderungen aller Partikeltherapieoptionen, einschließlich der C-Ionen-Strahlentherapie
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 23. Mai 2022
