Radiobiological studies for improving the treatment planning of Neutron Capture Therapy

Resumen

En este trabajo, se ha realizado un análisis tanto teórico como experimental del daño celular producido por la irradiación con neutrones, todo ello con el objetivo de mejorar la estimación de la dosis biológica y, por tanto, la planificación del tratamiento de la terapia conocida como de captura de neutrones por boro (Boron Neutron Capture Therapy o BNCT). Se presenta un nuevo formalismo para la estimación de la dosis biológica que combina la simplicidad del que se utiliza actualmente con la precisión del llamado iso-efectivo. Este formalismo incluye el uso del modelo lineal cuadrático y unos nuevos factores de ponderación (weighting factors o factores RBE) que dependen solo de la energía del neutrón y del tipo de tejido, de manera que pueden aplicarse independientemente de la dosis o de la supervivencia. Además, se incluye un desarrollo teórico que sigue el efecto individual de las partículas secundarias creadas cuando los neutrones interaccionan con el tejido. Éste muestra cómo los factores RBE dependen fuertemente de la energía del neutrón y por ello no debe usarse necesariamente el mismo valor para neutrones de baja energía (o térmicos) y neutrones de más altas energías (epitérmicos), hecho que se produce en la actual estimación de la dosis biológica en pacientes de BNCT. Por último, se han llevado a cabo una serie de experimentos de irradiación celular con el objetivo de obtener datos experimentales para el estudio radiobiológico de los neutrones. Seis líneas celulares de interés en la BNCT se han irradiado en tres centros distintos: Institut Laue- Langevin en Grenoble, Centro Nacional de Aceleradores en Sevilla y Hospital Virgen de las Nieves en Granada. En el primero de ellos se ha utilizado una fuente de neutrones fríos para estudiar el efecto de neutrones de baja energía sin la fuerte influencia de otras partículas, ya que se trata de una fuente muy pura. En este centro se han realizado además otros dos experimentos que incluyen la irradiación de células previamente tratadas con el compuesto de boro BPA, para el estudio del efecto de la reacción principal en BNCT, y la irradiación de células con reemplazo del isotopo de nitrógeno, que permite aislar el efecto de la reacción de captura en este elemento y el efecto de los fotones inducidos por el haz. Este último experimento supone toda una novedad en el campo de estudio radiobiológico de neutrones. Los experimentos realizados en las otras dos instalaciones, consistentes en la irradiación con neutrones epitérmicos en el CNA de Sevilla y con fotones de un acelerador hospitalario de Granada, ayudarán a la obtención de datos para neutrones de más altas energías y para la radiación de fotones que se utiliza de referencia. En todos los casos, tras las irradiaciones, la supervivencia celular es estudiada mediante ensayos de clonogenicidad y de capacidad proliferativa. Todos estos experimentos proporcionan datos del efecto celular producido por las principales dosis que componen un tratamiento BNCT: neutrones térmicos, neutrones epitérmicos, captura de neutrones en boro y fotones. Se han calculado los factores RBE correspondientes de todos ellos y además se ha estudiado la influencia del tipo de dosis elegida como dosis de referencia. Los datos de las diferentes irradiaciones proporcionan información sobre el daño en distintos tipos de células tumorales y sanas, conocimiento que podría ser aplicado en los futuros tratamientos con BNCT.