RADIOBIOLOGIE. Radiotherapie. Optimalisatie radiotherapie. Effect. Effect. Stralingsdosis. Stralingsdosis

Transcriptie

1 Radiotherapie RDIOBIOLOIE Rob oppes fdeling Radiotherapie & fdeling elbiologie Universitair Medisch entrum roningen Rijksuniversiteit roningen Basis ursus Oncologie 4 Maart 2015, hotel vegoor, Ellecom Optimalisatie radiotherapie Optimalisatie radiotherapie 1,0 0,8 umor controle Normaal weefsel schade 1,0 0,8 umor controle Normaal weefsel schade 0,6 0,6 Effect 0,4 0,2 herapeutische index Effect 0,4 0,2 herapeutische index Stralingsdosis Stralingsdosis 1

2 Structuur van de sporen voor lage en hoge LE straling Structuur Structure van of particle de sporen tracks voor for low- lage and en hoge high LE radiation straling photons α-particles oodhead 1988 Effecten van Ioniserende straling op het DN 30% 5 R s of clinical radiobiology Repair Redistribution Reoxygenation Repopulation 70% Radiosensitivity 2

3 3 geclusterde DN schade γ-straling : 10 lesies/cluster α-straling : 25 lesies/cluster Samenenko, 2004 Straling geïnduceerde DN-schade and base deletions Double strand break (DSB) and base deletions Double strand break (DSB) Het aantal DN-beschadigingen onmiddellijk na de bestraling (= zonder enzymatische reparatie) met een 1 y wordt geschat op: > 1000 : basisschade ong : enkelstrengsbreuken ong. 40 : dubbelstrengsbreuken (DSB) DSB gelden als meest relevante laesie voor biologische effecten van ioniserende straling; BD en SB meestal gerepareed middels Base Excision Repair (analoog aan NER maar dan worden kortere stukjes geexciseerd) DSB reparatie beperkend en gaat NIE via NER, maar: via end-joining or homologous recombination Stralingsdosis die gem. 1 letale gebeurtenis per cel induceert geeft 63% celdood Hall, Radiobiology for the Radiologist (2000) Non-homologues end-joining Homologues Recombination DN reparatie mechanismen IN EINHIBEERD Vooral als fragmenten kleiner zijn dan 40 base pairs _

4 4 geclusterde DN schade γ-straling : 10 lesies/cluster α-straling : 25 lesies/cluster Samenenko, 2004 Straling geïnduceerde DN-schade and base deletions Double strand break (DSB) and base deletions Double strand break (DSB) γ-h2x X-rays Jakob et al Rad Res 2009 γ-h2x foci na bestraling met deeltjes Protonen Protonen ntoccia et al. J. Radiat. Res (2009) DN reparatie na röntgen of protonen E. Hall, Radiobiology for the Radiologist, 2005 Quantification of damage lonogenic assay:

5 Survival urves Survival urves Joiner and van der Kogel, Basic linical Biology, 2009 Joiner and van der Kogel, Basic linical Biology, 2009 Verhoogde celdood in reparatie deficiënte cellen Split dose recovery 4 y y Surviving fraction 1 0,1 2 y + 2 y 4 y single dose 0, interval (hours) in between 2 fractions Repair Half Life Intefraction interval and the repair half life is an important consideration when fractionating radiotherapy. 5

6 Fractioneren Fractionation 1 D 1 D 2 D 3 D 4 D 5 surviving fraction 0,1 0,01 0,001 tumour 0,0001 Radiation dose Optimalisatie radiotherapie Dose rate Effect 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 umor controle herapeutische index Normaal weefsel schade overlevingsfractie 1 0,1 0,01 0,001 2 my/min 9 my/min 16 my/min 30 my/min 110 my/min dosis straling (y) Stralingsdosis 6

7 Redistribution ell cycle related radiosensitivity Reoxygenation overlevingsfractie 1 0,1 0,01 laat S vroeg S 1 2 /M 0, dosis straling (y) bloodvessels (PL-E, blue) exogeneous hypoxy marker (pimonidazole, green) endogeneous hypoxy marker (carbonic anhydrase 9, red See Rademakers et al 2008 Joiner and van der Kogel, Basic linical Biology,

8 Oxygen Enhancement Ratio Oxygen Enhancement Ratio E. Hall, Radiobiology for the Radiologist, 2005 Joiner and van der Kogel, Basic linical Biology, 2009 Nordsmark et al, R&O 57, 39 43, 2000 Repopulation ELROEI USSEN FRIES 31 E. Hall, Radiobiology for the Radiologist,

9 Hergroei tumor na bestraling Versnelde hergroei tumor na bestraling herapeutic Window Extra dosis nodig om proliferatie tegen te gaan umor & sneldelend weefsel Langzaam delend weefsel Ongunstig Normale therapie ijd unstig 9

10 Delingssnelheid Radiosensitivity Intrinsic radiosensitivity or radioresistance in different cell types. Verschillen in stralingsgevoeligheid tussen weefsel Radiosensitive cells: include haemotological cells, epithelial stem cells, gametes and tumour cells from haemotological or sex organ origin. Radioresistant cells: include myocytes, neurons and tumour cells such as melanoma or sarcoma. ijdseffect issue turnover tijd bepaalt responstijd niet de dosis straling ijdseffect issue turnover tijd bepaalt responstijd niet de dosis straling normaal Epileren haar > delingssnelheid Latentie tijd (dagen) 10

11 Wat is een stamcel kan zichzelf vernieuwen Een enkele cel die x Voorloper cel delingssnelheid x x en kan allerlei functionele celtypes maken angepast naar wany: Herstel van speekselklier stralingschade Patient met tumor Isolatie/vermeerdering van speekselklier stamcellen Bestraling van de tumor Speekselklier na transplantatie Invriezen 11