Nanodosimetría y Radioterapia.
La nanodosimetría es una rama de la física médica que se ocupa de la medición y caracterización de la distribución de energía depositada en un volumen extremadamente pequeño por la radiación ionizante. En radioterapia, la nanodosimetría se utiliza para estudiar los efectos biológicos de la radiación y cómo estos efectos dependen de la distribución de energía depositada en las células y los tejidos.
La nanodosimetría se emplea en radioterapia para entender la respuesta biológica de los tejidos irradiados. Los efectos biológicos de la radiación son causados por la deposición de energía en los tejidos, y la nanodosimetría puede ayudar a entender cómo se distribuye esta energía en el nivel más fundamental, es decir, en el nivel de los átomos y las moléculas. Por ejemplo, la nanodosimetría puede ayudar a entender cómo la radiación afecta las moléculas de ADN y cómo esto puede conducir a daño celular y cáncer.
En la práctica clínica, la nanodosimetría se utiliza para mejorar la precisión y la eficacia de la radioterapia. La medición de la distribución de energía depositada en los tejidos permite diseñar planes de tratamiento personalizados y adaptar la dosis de radiación al tejido específico que se está tratando. Además, la nanodosimetría puede ayudar a identificar los tejidos más sensibles a la radiación y ajustar la dosis en consecuencia para minimizar los efectos secundarios y maximizar la tasa de curación.
Durante la radioterapia, es importante minimizar el daño a los tejidos sanos circundantes al área que se está tratando. A continuación, se presentan algunas estrategias que se utilizan para lograr este objetivo:
Técnicas de radioterapia de intensidad modulada (IMRT) y radioterapia conformada tridimensionalmente (3D-CRT): Estas técnicas permiten ajustar la intensidad de la radiación y la forma de los haces de radiación para que se adapten a la forma exacta del tumor, minimizando la exposición de los tejidos sanos cercanos.
Radioterapia guiada por imagen (IGRT): La IGRT utiliza imágenes en tiempo real para guiar la administración de la radiación, lo que permite ajustar la entrega de la dosis para que coincida con la posición del tumor y minimizar la exposición de los tejidos sanos circundantes.
Radioterapia de protones y radioterapia de iones pesados: Estas técnicas utilizan partículas cargadas para administrar la radiación, lo que permite una mayor precisión en la entrega de la dosis y una reducción en la exposición de los tejidos sanos.
Fraccionamiento de la dosis: En lugar de administrar toda la dosis de radiación en una sola sesión, se divide en varias sesiones más pequeñas a lo largo de varias semanas. Esto permite que los tejidos sanos tengan tiempo para recuperarse entre las sesiones de radiación.
Protección de los tejidos sanos mediante técnicas de inmovilización y posicionamiento: El uso de dispositivos de inmovilización y posicionamiento puede ayudar a reducir la exposición de los tejidos sanos circundantes al asegurar que el área que se está tratando permanezca estable durante la administración de la radiación.
La radioterapia con protones es uno de los enfoques más prometedores para el tratamiento del cáncer. En comparación con las técnicas modernas de radioterapia con fotones, como lo son la radioterapia de intensidad modulada (IMRT) y la arcoterapia volumétrica (VMAT), con esta técnica se alcanza una mejor conformación de la dosis en el tejido tumoral al mismo tiempo que se disminuye la dosis en estructuras a riesgo cercanas y tejido sano circundante. De forma semejante, desde principios de los años 2000, experimentos de irradiación de líneas celulares (in-vitro) y tumores en pequeños animales (in-vivo), han demostrado el potencial de las nanopartículas de oro (GNP) para ser utilizadas como agentes sensibilizadores en tratamientos de radioterapia con fotones. Al respecto, durante los años recientes la comunidad científica ha dirigido su interés hacia una tercera opción potencial para el mejoramiento de la radioterapia, en donde las dos alternativas anteriores convergen, ahora se estudia el incremento del efecto biológico resultado del uso de las GNP en la irradiación con protones. Investigaciones pioneras en las que se irradian líneas celulares (in-vitro) han reportado incrementos hasta del 20 % en la efectividad de la protonterapia para producir la muerte de células tumorales cuando en el medio se encuentran GNP. En este trabajo se estudia la dosimetría de un haz de protones interactuando en un medio acuoso con nanopartículas de oro (GNP), y se analiza tanto el incremento local de dosis, y el incremento del LET como factores que contribuyen significativamente a esta mejora. Para este fin, fue construida una simulación, usando el código Montecarlo Geant4-DNA, por medio de la cual se modela un haz de protones de uso clínico que interactúa con un maniquí de agua y diferentes concentraciones de GNP de forma esférica. Como resultado se cuantifica la energía depositada, la longitud de la trayectoria recorrida y el LET promedio de los protones en agua, se comparan los resultados variando los valores de diámetro de las GNP en el rango de 1 – 20 nm y las concentraciones de oro en el rango de 5 – 25 mg/ml. Se encuentra que las nanopartículas de oro en el medio acuoso actúan como moderadores del haz de protones, de manera tal que se alcanza la región de dosis máxima (Pico de Bragg) en una trayectoria más corta de los protones. Se estiman incrementos en el LET, al final del recorrido, de entre 7 % y 38 % para concentraciones de oro de 5 y 25 mg/ml respectivamente, como consecuencia se evidencian incrementos de la dosis absorbida hasta del 10 % [1].
También el siguiente artículo «Monte Carlo studies in Gold Nanoparticles enhanced radiotherapy: The impact of modelled parameters in dose enhancement» aborda el uso de nanopartículas de oro para mejorar la radioterapia. Las nanopartículas de oro pueden ser utilizadas para aumentar la dosis de radiación en las células cancerosas mientras se minimiza la dosis en los tejidos sanos circundantes.
El estudio se enfoca en el uso del método Monte Carlo para simular la interacción de las nanopartículas de oro con la radiación y los tejidos biológicos. El método Monte Carlo utiliza simulaciones numéricas para modelar la propagación de partículas subatómicas a través de la materia y se utiliza comúnmente en física médica para evaluar la dosimetría de radiación.
Los autores del estudio investigaron cómo diferentes parámetros afectan la dosis de radiación en los tejidos que rodean las nanopartículas de oro. Los parámetros incluyen la concentración de las nanopartículas de oro, el tamaño de las partículas, la energía y el tipo de radiación. Los resultados mostraron que la dosis de radiación en los tejidos cercanos a las nanopartículas de oro aumentó a medida que se aumentaba la concentración de las partículas, el tamaño de las mismas y la energía de la radiación. Además, se encontró que la dosis de radiación aumentó más significativamente con la radiación de protones que con la radiación de fotones.
Los autores también evaluaron la dosis de radiación en las células cancerosas y encontraron que el uso de nanopartículas de oro aumentó la dosis de radiación en las células cancerosas en un rango de 1.2 a 1.9 veces en comparación con la radioterapia convencional [2].
[1] Microdosimetría de la radioterapia con protones usando nano-partículas de oro como agentes sensibilizadores. Sevilla Moreno, A. Universidad Nacional de Colombia. (2022).
[2] Monte Carlo studies in Gold Nanoparticles enhanced radiotherapy: The impact of modelled parameters in dose enhancement. E Vlastou, S Diamantopoulos, EP Efstathopoulos – Physica Medica, 2020 – Elsevier
