Aplicación de la radioterapia con radiación sincrotrón y de la quimioterapia con cisplatino en el tratamiento de los gliomas cerebrales

Aplicación de la radioterapia con radiación sincrotrón y de la quimioterapia con cisplatino en el tratamiento de los gliomas cerebrales

REVISIÓN Aplicación de la radioterapia con radiación sincrotrón y de la quimioterapia con cisplatino en el tratamiento de los gliomas cerebrales 69...

161KB Sizes 21 Downloads 279 Views

REVISIÓN

Aplicación de la radioterapia con radiación sincrotrón y de la quimioterapia con cisplatino en el tratamiento de los gliomas cerebrales

69.656

Salvador Ferrer ALBA Edificio Ciencias. C-3 central UAB. Bellaterra. Barcelona. España.

Las aplicaciones de la radiación sincrotrón en medicina datan de más de una década. En particular, en cuanto al sincrotrón de Grenoble (ESRF), desde hace varios años un equipo de investigadores dirigido por el Dr. F. Esteve trabaja sobre tratamientos de radioterapia para curar tumores cerebrales. Recientemente ha obtenido un nuevo resultado muy prometedor. El glioma es el tipo de tumor cerebral más frecuente en el adulto y la supervivencia media de los pacientes aquejados de una forma avanzada es inferior a un año. La radioterapia tradicional se utiliza de forma paliativa, puesto que este tipo de tumor se encuentra entre los más resistentes a tratamientos radioterapéuticos. En la mayor parte de casos la quimioterapia o la cirugía son ineficaces. Los experimentos realizados en el ESRF se han llevado a cabo en ratones con gliomas y consisten en inyectar cisplatino a los tumores, y a continuación irradiarlos con radiación monocromática intensa. La supervivencia media de los ratones enfermos no tratados es de 28 días. Mediante el uso solamente del cisplatino, ésta se alarga a 48 días. Sin embargo, con la asociación de los dos tratamientos la supervivencia media alcanza 206 días, lo que supone 6 veces más respecto a los ratones no tratados. Un año después del tratamiento, un 34% de los animales permanece vivo, resultado nunca obtenido hasta ahora en este tipo de tumores resistentes a radioterapia. Palabras clave: Radiación sincrotón. Radioterapia. Gliomas cerebrales.

Radiation therapy with synchrotron radiation and cysplatinebased chemotherapy as a treatment of gliomas The application of synchrotron radiation in medicine dates back to more than one decade. In particular, a team of researchers led by Dr. F. Esteve has been working for several years in the Grenoble Synchrotron (ESRF) on radiotherapy treatments to heal brain tumors. The team has recently obtained a very promising new result. Gliomas the commonest brain tumor in the adult and the mean survival in advanced disease patients is lower than one year. Conventional radiation therapy is used palliatively since it is one of the most radiotherapy-resistant tumors. Moreover, chemotherapy and surgery have no utility in most cases. Experiments at the Grenoble Synchrotron have been carried out in mice with gliomas and they consist of injecting cysplatine into the tumors so that an intense monochromatic radiation is applied afterwards. Half-life of sick untreated mice is 28 days. With the use of cysplatine alone, it expands to 48 days. However, the association of two treatments supposes a half-life of 206 days (six times greater than in untreated mice). After one year of treatment, 34% of animals remain alive, which constitutes a result never seen before in this type of radio-resistant tumors.

La línea médica La radiación sincrotrón es electromagnética (infrarroja, visible, ultravioleta, rayos X) y está generada por electrones que se mueven casi a la velocidad de la luz en aceleradores circulares. La radiación se emite en la dirección tangente a la trayectoria de los electrones y su distribución espacial es parecida a la de la luz generada por los láseres: los haces son poco divergentes y muy brillantes. Sin embargo, la distribución espectral es distinta. Los láseres que habitualmente se usan como punteros para señalar objetos emiten luz de un solo color (monocromático): el rojo. La radiación sincrotrón generada en los aceleradores de electrones es policromática, lo que supone un inconveniente en algunas aplicaciones. En los experimentos que se exponen, la radiación utilizada era monocromática, de una longitud de onda de 0,016 nm, que corresponde a rayos X duros y que es 40.000 veces más corta que la luz roja de un puntero láser. Los haces de rayos X tienen un paralelismo algo mayor que el de los láseres habituales. La figura 1 muestra de manera esquemática el conjunto de dispositivos experimentales. El haz policromático generado por el acelerador de electrones se hace monocromático mediante una doble difracción en cristales perfectos de silicio. Los cristales de silicio actúan como un filtro de longitudes de onda y permiten seleccionar la que se desee con una precisión (monocromaticidad) de unas partes en 10.000. Típicamente un haz monocromático procedente de un sincrotrón moderno tiene un flujo de unos 1013 fotones por segundo, que viene a ser unas 100 veces menor que el flujo de un láser rojo comer-

Key words: Synchrotron radiation. Radiotherapy. Gliomas.

A continuación se describen la línea de luz que genera la radiación sincrotrón y el método experimental llevado a cabo y se expondrá un resumen de los resultados obtenidos.

Correspondencia: Dr. S. Ferrer. ALBA Edifici Ciències. C-3 central. UAB. 08193 Bellaterra. Barcelona. España. Recibido el 8-7-2004; aceptado para su publicación el 27-10-2004.

39

Fig. 1. Esquema del dispositivo experimental. El acelerador circular de electrones genera radiación electromagnética dirigida según la tangente a la órbita. El monocromador selecciona una longitud de onda bien definida que se puede variar según los requerimientos del experimento. Mediante diversos espejos (que no se muestran en la figura), el haz se hace incidir en la muestra, que en este caso es un ratón con un tumor cerebral posicionado con precisión en un eje de rotación vertical. Los rayos X transmitidos son detectados en este caso con un detector bidimensional que permite realizar imágenes mostrando contraste debido a diferencias de absorción en distintas partes de la muestra. Med Clin (Barc). 2005;124(7):271-3

271

FERRER S. APLICACIÓN DE LA RADIOTERAPIA CON RADIACIÓN SINCROTRÓN Y DE LA QUIMIOTERAPIA CON CISPLATINO EN EL TRATAMIENTO DE LOS GLIOMAS CEREBRALES

1

1

A

0,8 Fracción de supervivencia

0,8 Fracción de supervivencia

B

0,6

0,4

0,2

0,6

0,4

0,2

0

0 0

50

100 150 200 250 300 Tiempo de supervivencia (días)

350

400

0

50

100 150 200 250 300 Tiempo de supervivencia (días)

350

400

Fig. 2. Curvas de supervivencia de Kaplan-Meier de ratones con glioma F98 sometidos a los tratamientos indicados. La supervivencia se representa frente al tiempo (días) después de la inoculación del tumor. A: 7, controles sin tratamiento; X, 3 μg de cisdiaminadicloroplatino (CDDP) solamente; –, 15 Gy solamente; B 3 μg de CDDP combinados con irradiación a 78,0 keV; 3 μg de CDDP combinados con irradiación a 78,8 keV. B: la comparación es entre fracciones de supervivencia obtenidas en dos series distintas de experimentos con 3 μg de CDDP combinados con irradiación (15 Gy) a 78,0 (B) o 78,8 keV (,). Los datos de los experimentos 1 y 2 están representados por líneas continuas y punteadas, respectivamente. La zona de confianza situada bajo la curva (gris) combina la fracción de supervivencia de controles sin tratamiento, ratones tratados con 3 μg de CDDP y ratones tratados con 15 Gy.

cial de luz roja. Tal como se esquematiza en la figura 1, el haz monocromático incide sobre la muestra que está montada en una mesa rotatoria con un eje vertical1. Metodología y detalles instrumentales La ventaja de los sincrotrones frente a los generadores convencionales de rayos X es que proporcionan un flujo monocromático unas 105 veces más intenso. Además, la longitud de onda de los rayos X es ajustable en una amplia gama. En los últimos 5 años se han desarrollado varias técnicas terapéuticas que hacen uso de la radiación sincrotrón. Por ejemplo, el tratamiento de radiación con microhaces que se basa en un conjunto de haces paralelos se ha usado con éxito en ratas utilizando dosis de varios cientos de Gy sobre los tumores. Un concepto teórico importante en las técnicas de irradiación recientes es que si se irradian átomos de elementos pesados (de alto número atómico) con rayos X de energía mayor que la necesaria para ionizar los valores electrónicos profundos (valores K) de esos elementos, entonces la probabilidad de absorción de la radiación es alta. Una vez absorbida, los átomos excitados liberan gran cantidad de energía en forma de fotoelectrones o electrones Auger, que son dos mecanismos de relajación de la energía acumulada en el átomo. Estos electrones liberados en el átomo absorbente son muy eficaces para romper enlaces químicos de moléculas que se encuentren en su proximidad y de esta forma producen un daño irreversible en el ADN de células cancerosas. Por tanto, un método ideal de tratamiento anticanceroso sería la quimiorradioterapia que combine la radiación sincrotrón con compuestos de átomos pesados que se enlacen con el ADN de las células cancerosas. Uno entre ellos que se usa ampliamente es el cisdiaminadicloroplatino (CDDP). Se realizaron experimentos con energías ligeramente superior e inferior al borde K del Pt (78,4 keV). En el segundo caso la absorción de rayos X es sensiblemente mayor y se debería producir más modificación del ADN. Las células cancerosas se trataron con CDDP durante varias horas y posteriormente se irradiaron en una suspensión en

272

Med Clin (Barc). 2005;124(7):271-3

el interior de un tubo de plástico. El haz de rayos X tenía unas dimensiones de 0,85 mm de alto y 8 cm de ancho y la irradiación se hacia barriendo verticalmente el haz, lo que equivalía a una dosis de 0,1 Gy por barrido. La cuantificación de las roturas de las dobles hélices del ADN se hacía con técnicas de electroforesis2,3. En los experimentos se usaron ratones anestesiados a los que se les había inoculado el tumor inyectando unas 1.000 células de tipo F98 en el cerebro a una profundidad de 6 mm. Los tumores se dejaron crecer durante 13 días, lo que daba lugar a un índice medio de supervivencia de 26 días. Durante el día 13 se inyectaba una dosis de CDDP de entre 3 y 5 μg. El contenido de Pt se evaluaba midiendo la radiación fluorescente cuando las muestras se observaban en el microscopio de rayos X de la línea ID21 del ESRF. Los ratones se irradiaban con radiación monocromática mientras estaban girando alrededor de un eje de giro vertical centrado en el tumor. El tamaño del haz era de 0,85 mm vertical por 10 mm horizontal. A la entrada de la piel la dosis era de 0,3 Gy/s. Como el coeficiente de absorción lineal de los rayos X era de 0,18 cm–1, la dosis se había reducido un 24% al llegar al tumor. La velocidad de rotación se ajustaba para que las dosis en el tumor fueran de 15 Gy. Después de la irradiación, a fin de determinar si el tumor había desaparecido o no, se adquirían imágenes usando agentes de contraste con yodo y rayos X de 35 keV. Resultados La afectación del ADN (DSB: rotura de la doble hélice, double strand breaking) se examinó en células de glioma F98 pertenecientes a ratones que se irradiaron con rayos X de energías comprendidas entre 30 y 85 keV. Las células irradiadas con rayos X de 30, 40 y 85 keV mostraron 3 veces menos de DSB que las irradiadas con rayos X de energías 78,0 y 78,8 keV, lo que indica un efecto claro de proximidad del borde de absorción del Pt. A continuación se examinó la velocidad de regeneración del ADN afectado. Cuan40

FERRER S. APLICACIÓN DE LA RADIOTERAPIA CON RADIACIÓN SINCROTRÓN Y DE LA QUIMIOTERAPIA CON CISPLATINO EN EL TRATAMIENTO DE LOS GLIOMAS CEREBRALES

do la energía era ligeramente superior al borde de absorción, la velocidad de regeneración era en promedio unas 1,6 veces menor que la correspondiente a la energía ligeramente por debajo del borde K. En conclusión, los datos parecen indicar que la irradiación con una energía ligeramente superior a la del borde de absorción era la más eficaz para afectar al ADN del tejido canceroso. Por otro lado, el tratamiento de las células solamente con CDDP no dio lugar a ninguna cantidad detectable de DSB. Los resultados más interesantes se encontraron cuando se combinaron la irradiación con radiación sincrotrón y el CDDP. Esto se llevó a cabo en ratones con glioma F98. El volumen del tumor era un 15% del volumen cerebral. Los tratamientos eran típicamente de 5 μg de CDDP y dosis entre 5 y 15 Gy. El tiempo medio de vida de los ratones no tratados era de 26 días. La inyección de CDDP aumentó la vida media hasta 38 días. Con radiación sincrotrón solamente el tiempo de vida medio aumentaba entre 5 y 22 días, según la dosis. La combinación de CDDP y radiación sincrotrón produjo un aumento de 27 días para dosis entre 5 y 10 Gy. Cuando se irradiaron 15 Gy con rayos X de energías 78,0 y 78,4 KeV los aumentos respectivos de vida media fueron de 188 y 168 días. Este tratamiento parecía ser el más eficaz y se aplicó sistemáticamente a un conjunto de ratones con glioma F98. La figura 2 muestra la curva de supervivencia in vivo y evidencia un aumento obvio de la supervivencia asociado al tratamiento conjunto. Un año después del tratamiento de 3 μg de CDDP y 15 Gy de radiación, el 33% de los animales seguían vivos.

41

Conclusiones La supervivencia media (206 días) obtenida en ratones tratados con 3 μg de CDDP e irradiados a 78,0 y 78,8 keV (15 Gy) es el resultado mayor de supervivencia del glioma F98. En las dos series de experimentos, alrededor del 34% de los ratones sobrevivió un año después del tratamiento con aspecto saludable. Hasta ahora, el tratamiento basado en la captura de neutrones por átomos de boro se consideraba la más eficiente. En gliomas F98, usando las mismas condiciones que en este trabajo, se obtuvieron valores de supervivencia media de 72 días. Estos resultados experimentales son muy prometedores y auguran una intensa actividad científica en esta área en los próximos años. Agradecimientos Agradezco al Dr. F. Esteve que me haya proporcionado el material para escribir este artículo y a la Dra. H. Ellaume su información y las figuras relativas a la línea médica del ESRF. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1. Esteve F. ESRF highlights 2003; p. 98. Disponible en: http.//www.esrf.fr/ UsersAndScience/Publications/Highlights/2003 2. Biston MC, Joubert A, Adam JF, Elleaume H, Bohic S, Charvet AM, et al. Cure of Fisher rats bearing radioresistant F98 glioma treated with platinum and irradiated with monochromatic synchrotron X-ray. Cancer Res. 2004; 64:2317-23. 3. Adam JF, Elleaume H, Joubert A, Biston MC, Charvet AM, Baloso J, et al. Synchrotron radiation therapy of malignant brain glioma loaded an iodinated contrast agent: first trial on rats bearing F98 glioma. Int J Radiat Oncol Biol Phys. 2003;57:1413-26.

Med Clin (Barc). 2005;124(7):271-3

273