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L’irradiazione FLASH, un trattamento emergente per il cancro che eroga radiazioni a dosi elevatissime, ha dimostrato di ridurre significativamente la tossicità cutanea acuta nei topi di laboratorio rispetto alla radioterapia convenzionale.
L’irradiazione FLASH, un trattamento emergente per il cancro che eroga radiazioni a dosi elevatissime, ha dimostrato di ridurre significativamente la tossicità cutanea acuta nei topi di laboratorio rispetto alla radioterapia convenzionale.
Dopo aver dimostrato questo effetto utilizzando trattamenti FLASH a base di protoni, i ricercatori dell’Università di Aarhus in Danimarca hanno ora ripetuto le loro indagini utilizzando FLASH a base di elettroni (eFLASH).
Riportando i loro risultati in Radioterapia e Oncologia, i ricercatori notano una “notevole somiglianza” tra eFLASH e proton FLASH per quanto riguarda il risparmio cutaneo acuto.
La ricercatrice principale Brita Singers Sørensen e colleghi hanno quantificato la modifica dose-risposta dell’irradiazione eFLASH per la tossicità cutanea acuta e la tossicità fibrotica tardiva nei topi, utilizzando disegni sperimentali simili a quelli precedentemente impiegati per il loro studio FLASH sul protone.
Ciò ha permesso ai ricercatori di effettuare confronti quantitativi diretti della risposta acuta della pelle tra elettroni e protoni.
Hanno anche confrontato l’efficacia delle due modalità per determinare se sono state osservate differenze radiobiologiche.
Nell’arco di quattro mesi, il team ha esaminato 197 topi femmina in cinque esperimenti di irradiazione.
Dopo essere stato pesato, contrassegnato e dotato di un numero ID, ogni topo è stato randomizzato per ricevere l’irradiazione eFLASH (dose media di 233 Gy/s) o la radioterapia elettronica convenzionale (dose media di 0,162 Gy/s) a varie dosi.
I ricercatori hanno utilizzato un rilevatore di diamanti per misurare la dose assoluta nella posizione target nel bagno d’acqua e hanno ipotizzato che il bersaglio del piede di topo ricevesse la stessa dose.
Le dosi risultanti per i piedi sono state di 19,2-57,6 Gy per i trattamenti eFLASH e di 19,4-43,7 Gy per la radioterapia convenzionale, scelte per coprire l’intera gamma di risposta cutanea acuta.
FLASH conferisce protezione alla pelle
Per valutare la risposta degli animali all’irradiazione, i ricercatori hanno valutato il danno acuto della pelle ogni giorno da sette a 28 giorni dopo l’irradiazione utilizzando un test stabilito.
Hanno pesato i topi settimanalmente e uno dei tre osservatori all’oscuro dei gradi precedenti e dei regimi di trattamento ha valutato la tossicità cutanea.
Le fotografie sono state scattate ogni volta che è stato possibile.
Anche il danno cutaneo è stato classificato utilizzando un modello automatizzato di deep learning, generando una curva dose-risposta indipendente dalle valutazioni degli osservatori.
I ricercatori hanno anche valutato la fibrosi indotta da radiazioni nell’articolazione della gamba, due volte alla settimana dalla nona alla 52ª settimana dopo l’irradiazione.
Hanno definito la fibrosi indotta da radiazioni come una riduzione permanente dell’estensibilità della gamba del 75% o più nella gamba irradiata rispetto alla gamba sinistra non trattata.
Per valutare l’effetto di risparmio tissutale di eFLASH, i ricercatori hanno utilizzato curve dose-risposta per derivare TD50 – la dose tossica che suscita una risposta cutanea nel 50% dei topi.
Hanno quindi determinato un fattore di modifica della dose (DMF), definito come il rapporto di eFLASH TD50 al TD convenzionale50. Un DMF più grande di uno suggerisce che eFLASH riduce la tossicità.
I trattamenti eFLASH avevano un DMF di 1,45-1,54 – in altre parole, era necessaria una dose superiore del 45-54% per causare una tossicità cutanea paragonabile a quella causata dalla radioterapia convenzionale.
“Il DMF ha indicato un notevole effetto parsimonioso acuto della pelle dell’irradiazione eFLASH”, spiega il team. Anche la fibrosi indotta dalle radiazioni è stata ridotta utilizzando eFLASH, con un DMF di 1,15.
Per dosi equivalenti a base di DMF, lo sviluppo della tossicità cutanea nel tempo è stato simile per eFLASH e trattamenti convenzionali, in tutti i gruppi di dosaggio.
Ciò supporta l’ipotesi che eFLASH modifichi la dose-risposta piuttosto che causare un cambiamento del meccanismo biologico. Il team suggerisce anche che la differenza nel DMF osservata per la risposta fibrotica e il danno acuto alla pelle suggerisce che il risparmio di FLASH dipende dal tipo di tessuto e potrebbe essere specifico per il tessuto acuto e a risposta tardiva.
Danno cutaneo simile tra elettroni e protoni
Sørensen e colleghi hanno confrontato i loro risultati con studi precedenti sul danno tissutale normale dovuto all’irradiazione di protoni, sia nel plateau d’ingresso che utilizzando il picco di Bragg diffuso (SOBP).
I valori di DMF per gli elettroni (1,45-1,54) erano simili a quelli dei protoni di trasmissione (1,44-1,50) e leggermente superiori a quelli dei protoni SOBP (1,35-1,40).
“Nonostante le differenze nella velocità di dose e nella struttura dell’impulso, la risposta all’irradiazione elettronica ha mostrato una sostanziale somiglianza con la trasmissione e il danno SOBP”, scrivono.
Sebbene il tasso medio di dose di eFLASH (233 Gy/s) fosse superiore a quello degli studi sui protoni (80 e 60 Gy/s), non sembrava influenzare la risposta biologica.
Ciò supporta l’ipotesi che oltre una certa soglia di intensità di dose, l’effetto di risparmio tissutale di FLASH non aumenti in modo significativo.
I ricercatori sottolineano che studi precedenti hanno anche trovato somiglianze biologiche nell’effetto FLASH per elettroni e protoni, con questo ultimo lavoro che aggiunge dati su effetti comparabili e quantificabili.
Aggiungono, tuttavia, che “sulla base dei dati di questo studio da soli, non possiamo dire che la risposta biologica sia identica, né che l’irradiazione di elettroni e protoni susciti gli stessi meccanismi biologici per il danno e la riparazione del DNA. Questi dati suggeriscono solo una risposta biologica simile nella pelle”.
