Bárbara Jara Puchi.

Radiobiología y radioterapia.

Introducción.Radiobiología: Estudio de los efectos de las radiaciones ionizantes en los sistemas biológicos.

Efectos biológicos

Deterministas o estocásticos.

Inmediatos o tempranos, retardados o tardíos.

Somáticos o genéticos

Los efectos de las radiaciones ionizantes sobre los tejidos vivos son

empleados de modo terapéutico. RADIOTERAP

IA

Radiobiología orientada a la radioterapia: Razón terapéutica.

Objetivo

Optimización razónTerapéutica:Equilibrio entre Probabilidad de controlTumoral (TCP) y de complicacionesDe tejidos sanos (NTCP).

Muerte

celular programada

Lesiones molecular

es(ADN

proteínas y lípidos)

Muerte celular no controlada

Radiación Ionizante Efecto

directo

Radiolisis de agua

Radicales libres

ADN

Parada del ciclo celular

NO Reparaci

ón

Recuperación correcta

Recuperación

Defectuosa

Mutación No Letal

Supervivencia

celular normal(frecuente)

Anomalía hereditar

ia

Cancer

Necrosis Tisular

Eliminación por el sistema inmunitario

Efec

to in

dire

cto

LET: Linear Energy Transfer• Cantidad de ionizaciones que producen las radiaciones

durante su trayectoria.

• Medida que indica la cantidad de energía depositada por la radiación en el medio continuo que es atravesado por ella Energía transferida por unidad de longitud (KeV/um).

• Se relaciona con la capacidad de penetración y cantidad de dosis que depositan.

Radiaciones de alta LET Radiaciones de baja LET

Partículas alfa, protones, iones pesados, neutrones. Rayos x, gamma, electrones.

Supervivencia celular: ¿Qué se entiende por “muerte celular”?

“medida de eficiencia de clonaje celular”(ensayo clonogenico)

Supervivencia Determinación cuantitativa

Colonia

Puck y Markus (radiobiologiaPara el análisis de destrucción celular por radiacion”

Modelos de supervivencia celular.

Muertecelular

La curva de supervivencia describe la relación entre la dosis recibida y el porcentaje de células que sobreviven (que siguen activas para su reproducción).

• Existen varias teorías sobre la supervivencia celular:

• Teoría del impacto único.• Teoría multiblanco simple impacto.• Modelo linealcuadrático.

Células diferenciadas no proliferativas

Células proliferativas

Pérdida de su función.

Pérdida de su capacidad proliferativa.

Modelo lineal cuadrático.

• Este asume que las lesiones inducidas sobre los blancos, pueden

producirse a lo largo de una o varias trazas de ionizaciones.

• La componente lineal expresa muerte debida a lesiones no

reparables (con una pendiente α) y la componente cuadrática se

relaciona con la muerte celualr por acumulación de lesiones

subletales (con una pendiente β).

Irradiación sobre

material biológico.

Daño letal

Daño subletal(SLD)

Efecto biológico radiaciones ionizantes

Sobrevida celular en relación a

dosisLineal-cuadrática

Modelo lineal cuadrático.

• Supervivencia celular:

Fracción única: S = e-(αD + βD2)

S: SupervivenciaD: Dosis totalα y β : Constantes específicas de cada tejido.

Relación alfa/beta: αD = βD2

α*2 = β*22

2α = 4β

0,001

0,01

0,1

10 2 4 6 8 10

Pro

bab

ility

of

cell

surv

ival

Dose (Gy)

cell kill (low a/b)

cell kill (high a/b)

• El empleo alfa/beta se utiliza como elemento indicativo del

predominio, en el proceso de destrucción celular por radiación,

de los mecanismos de acción letal por impacto único (alfa) o

acumulación de lesiones subletales (beta).

• La relación entre los parámetros lineal (alfa) y cuadrático (beta) de la ecuación de supervivencia celular, permite caracterizar la respuesta al fraccionamiento de los tejidos tumorales y sanos.

Cociente alfa/beta.

Alfa y Beta

Valores actualmente conocidos y propios para los diferentes tejidos.

Irradiación de tejidos normales

Efectos agudos

Tejido de recambio

celular rápido

Daños reversibles

Efectos tardíos

Tejido de recambio

celular lento

Daños irreversible

s

Los efectos de la radiación en tejidos no proliferantes dependen de:

• Tamaño de la fracción.• Tiempo entre fracciones.

Los efectos de la radiación en tejidos proliferantes dependen de:

• Dosis total del tratamiento.• Tiempo total de tratamiento.

Eficacia biológica relativa (RBE)

La eficacia biológica relativa para un tipo de radiación R en un tejido T se define comoTradicionalmente como la relación:

Donde:DX = Dosis absorbida de radiación de referencia (rayos X)DR = Dosis absorbida de radiación de tipo R que hace la misma cantidad de daño biológico.

Ambas dosis se cuantifican por la cantidad de energía absorbida en las células.

Cociente de las dosis necesarias para alcanzar un mismo nivel de efecto biológico cuando empleamos dos radiaciones de distinta calidad.

En dosimetría, la RBE es representada por el factor de ponderación de la radiación WR .

Dosis equivalente.• Magnitud física que describe el efecto relativo de los

distintos tipos de radiaciones ionizantes sobre los tejidos vivos. Su unidad de medida es el Sievert.

• La dosis equivalente E se calcula multiplicando la dosis absorbida D por un factor de evaluación WR (por las siglas en inglés de radiation weighting factor).

Donde:WR = Factor de evaluación de la radiación.DT,R = Dosis absorbida.

BED: Dosis efectiva biológicamente.

• Es una magnitud definida por la sumatoria de las dosis equivalentes en tejido, multiplicado por un factor de ponderación HT para un tejido correspondiente:

Donde: HT: Dosis equivalente en el tejido T WT: Factor de ponderación para tejido correspondiente al tejido T

Modelos de isoefectos.

• Isoefectos: Igual nivel de lesión biológica.

Formas de comparar dos tipos de fraccionamiento para obtener el mismo resultado. Sirve para evaluar el nivel efectos agudos o de control tumoral y de efectos tardíos para distintos fraccionamientos.

DBE = nd* 1 + ( d/α/β)

Las 4 R de la Radiobiología.

Reoxigenación.

• Hipótesis de fijación de oxígeno.

• En anoxia Dosis > 2,5 a 3,5 veces para provocar el mismo efecto.

• “Oxygen enhancement ratio” OER (razón de aumento de oxígeno). Se requiere soloCon radiaciones de bajo LET.

• Importante para evaluar el efecto de las radiaciones.

Reparación.

• Para que los tejidos se reparen (de los daños subletales), debe transcurrir un intervalo de tiempo mínimo entre radiaciones de 6 hrs.

• Importante para los tejidos normales durante la radioterapia.

Reparación de escisión de base.

Reparación de escisión de nucleótido.

Reparación de recombinación homóloga.

Redistribución

• Las células tienen distintas sensibilidades a las radiaciones en diferentes fases del ciclo.

• La etapa del ciclo celular más sensible es la mitosis y más resistentes en la fase S.

• Las células en etapas resistentes progresan hacia etapas más sensibles redistribuyéndose.

• Se debe tener en cuenta cuando se irradien células con intervalos de pocas horas.

Repoblación.

• Es el aumento de número de divisiones celulares como mecanismo de compensación.

• El tiempo potencial de duplicación del tamaño de los tumores puede ser tan breve como 2 días.

• A medida que se procede a más de una irradiación a las células, la repoblación se acelera (“Kick-off time”.)

• Importante cuando se prolonga o pospone la radiación.

Conclusión.

La radiobiología: Es esencial para considerar los efectos de los

distintos tipos de radiaciones ionizantes sobre los diversos tipos celulares.

Ha mejorado los resultados de la irradiación clínica del cáncer.

• Dosis por fracción y el tiempo de irradiación son parámetros importantes de especial importancia en RT.

• El establecimiento de relaciones cuantitativas entre dosis de radiación y efecto biológico constituye una de las claves del desarrollo de la RT.

Bibliografía/Linkografía.

• Clinical Radiation Oncology. Leonard L. Gunderson, Joel E. Tepper

• Mecanismos biológicos subyacentes a la Acción Terapéutica de la Radiación. Vicente Pedraza Muriel, José Luis Carreras Delgado

• A simple plan evaluation index based on the dose to critical structures in radiotherapy./Ramachandran Prabhakar, Goura K Rath Department of Radiation Oncology, Institute Rotary Cancer Hospital, All India Institute of Medical Sciences, New Delhi, India/18 nov.2011

• Radiation Biology: A Handbook forTeachers and Students/ IAEA