Messa in funzione del radiatore e dosimetria per la valutazione dei parametri di α e β LQ, schema di dosamento delle radiazioni e deposizione della dose in vivo
11 marzo 2021
La dosimetria delle radiazioni fornisce una tecnica per migliorare l'accuratezza degli esperimenti preclinici e garantire che le dosi di radiazioni erogata siano strettamente correlate ai parametri clinici. Questo protocollo descrive le misure da adottare in ogni fase durante gli esperimenti sulle radiazioni precliniche per garantire un'adeguata progettazione sperimentale.
Questo protocollo è una nuova combinazione di diverse metodologie dosimetriche radio biologiche e di radiazioni per garantire esperimenti di radioterapia preclinica accurati, riproducibili. Questi metodi collegano le condizioni sperimentali alle norme nazionali in materia di dose e consentono misurazioni accurate delle dosi che corrispondono alle dosi di trattamento con radiazioni. Concentrandosi sulla progettazione di esperimenti di radioterapia riproducibili, questo protocollo fornisce ai ricercatori gli strumenti e i metodi necessari per eseguire studi ad alta rilevanza traslazionale.
I protocolli di calibrazione dosimetrica possono essere impegnativi per i principianti, specialmente per coloro che non hanno lo sfondo in fisica medica. Suggeriamo di consultare un fisico della radioterapia quando tenta per la prima volta questi esperimenti. Le tecniche di questo protocollo sono comuni sia ai fisici delle radiazioni che ai ricercatori biomedici.
Tuttavia, alcuni di questi non sono in genere utilizzati in combinazione. Per determinare l'uscita della dose appropriata, impostare l'irradiatore in modo che dia radiazioni a un kilovoltage di picco di 220 e 13 milliarti con un campo aperto di 17 per 17 centimetri posizionato a 35 centimetri dalla sorgente. Filtrare il fascio con un filtro in rame di 0,15 millimetri con un'ampia messa a fuoco e allineare la lastra di un centimetro, la lastra di due centimetri, la lastra di due centimetri con la camera di ionizzazione e la lastra di un centimetro.
Dopo aver configurato la pila fantasma, inserire la camera di ionizzazione nel fantasma e regolare le pile in modo che la sorgente alla distanza della superficie sia di 33 centimetri quando opportunamente livellata. Quindi confermare che queste misurazioni sono posizionate correttamente all'interno della camera di ionizzazione a 35 centimetri dall'isocentro. Per creare una curva di calibrazione della pellicola radiocromatica, preparare diversi pezzi di pellicola aggiuntivi delle stesse dimensioni e orientamento e posizionare il film a una profondità di due centimetri nella pila fantasma dell'acqua solida.
Per iniziare l'irradiazione, posizionare un pezzo di pellicola sopra quattro centimetri di acqua solida e posizionare i restanti due centimetri di acqua solida sopra le pellicole. Dopo aver richiesto scansioni di pellicole post-esposizione, importate i file di immagine in ImageJ in un formato di file tiff e selezionate Immagine(Image), Colore (Color) e selezionate Dividi canali (Split Channels). Solo nel canale dell'immagine rossa, usate lo strumento rettangolo per disegnare un'area di interesse e premete Ctrl+M per consentire la trascrizione dei valori medi dalla finestra dei risultati.
Una volta ottenuti tutti i valori dei pixel per le pellicole non esposte ed esposte, calcolare la densità ottica netta utilizzando l'equazione come indicato, quindi tracciare la densità ottica netta rispetto alla dose alla quale il film è stato esposto e adattarsi al grafico con una curva quadratica. Per determinare il valore alfa/beta per specifiche linee cellulari tumorali attraverso un saggio clonogenico, contare il numero risultante di colonie in ogni gruppo di trattamento per consentire il calcolo della frazione di sopravvivenza di ciascuna piastra, quindi tracciare il log naturale della frazione di sopravvivenza rispetto alla dose corrispondente erogata e adattarsi alla curva con una funzione quadratica. Per determinare l'uscita di dose specifica per progetti sperimentali variabili, selezionare le dimensioni e la distanza del campo desiderate dalla sorgente e utilizzare i fantasmi dell'acqua solida per fornire accumulo e backscatter in base alle esigenze, posizionando il pezzo di pellicola nell'orientamento che meglio ritrae il design sperimentale.
La dose può quindi essere determinata dalla densità ottica netta del film utilizzando la curva di calibrazione del film per la dose. Per determinare la posizione del fascio appropriata per un trattamento del mouse con cuscinetto tumorale, dopo aver confermato una mancanza di risposta al riflesso del pedale, utilizzare una telecamera a portale integrata e un filtro in alluminio per ottenere un radiogramma del mouse sperimentale senza collimazione, quindi ottenere un radiogramma con collimazione in posizione e sovrapporre i radiogrammi in ImageJ per determinare il posizionamento del fascio. Utilizzando la curva di calibrazione come dimostrato, è possibile generare due campioni di pellicola che possono essere utilizzati per stimare i tempi di irradiazione sperimentali richiesti.
La sovrapposizione di queste immagini rivelerà l'esatto posizionamento del fascio di radiazioni collimato rispetto al piccolo animale trattato. La deposizione di dose riuscita può quindi essere confermata come illustrato dalla colorazione gamma-H2AX positiva osservata all'interno dell'emisfero trattato solo in questa analisi rappresentativa. Rimanere coerenti quando si va dalla determinazione dell'uscita dell'irradiatore alla generazione di una curva di calibrazione della pellicola e quando si determina la dose per il progetto sperimentale ideale è fondamentale.
Seguire questi protocolli consente ai ricercatori di studiare un'ampia varietà di domande radiobiologiche clinicamente applicabili in un ambiente preclinico. Queste domande possono portare a una migliore comprensione dei risultati dei pazienti. Questo protocollo non è una nuova tecnica autonoma.
Tuttavia, la combinazione di queste metodologie porterà a una rilevanza clinica diretta e fornirà approfondimenti sui risultati per le dosi viste in clinica.
Panoramica
Questo protocollo migliora l'accuratezza degli esperimenti preclinici di radioterapia collegando le condizioni sperimentali agli standard nazionali di dose. Ai ricercatori vengono fornite metodologie per garantire una corretta progettazione sperimentale, portando infine a risultati più rilevanti dal punto di vista clinico.
Componenti Chiave dello Studio
Ambito di Ricerca
- Dosimetria delle radiazioni
- Sperimentazione preclinica
- Oncologia
Sfondo
- Le tecniche di dosimetria delle radiazioni migliorano l'accuratezza sperimentale.
- Esistono difficoltà per i principianti sprovvisti di una formazione in fisica medica.
- La combinazione di metodologie fornisce una riproducibilità migliore.
Metodi Utilizzati
- Protocolli di calibrazione per misurazioni dosimetriche
- Fantocci in acqua solida e camere di ionizzazione per la determinazione della dose
- Utilizzo di pellicole radio Cromiche per la calibrazione della dose e la valutazione dell’erogazione della dose
Risultati principali
- Metodi collegati alle dosi di trattamento radiologico clinico.
- Stima accurata dei tempi di irradiazione e della somministrazione della dose.
- Forniti spunti per questioni radiobiologiche precliniche.
Conclusioni
- Questo studio illustra un metodo per migliorare la progettazione di esperimenti di radioterapia.
- I risultati sono rilevanti per approfondire la comprensione degli esiti del trattamento del cancro.
Domande frequenti
Rilevanza Industriale del Progetto
Una dosimetria accurata delle radiazioni è essenziale per studi preclinici riproducibili di radioterapia, consentendo la traduzione diretta dei regimi di dosaggio a contesti clinici. Questo protocollo collega i parametri sperimentali di irradiazione a standard nazionali, riducendo la variabilità nella somministrazione della dose efficace nei modelli in vitro e in vivo. Stabilendo relazioni dose-risposta mediante saggi clonogenici e calibrazione basata su pellicole, i ricercatori possono ridurre i rischi nelle previsioni traslazionali negli studi di combinazione farmaci antitumorali-radiazioni.
Applicazioni Strategiche nella Ricerca e Sviluppo in Biopharma
Scoperta Precoce e Convalida del Target
- Valore scientifico: Consente l'analisi meccanicistica delle vie di risposta al danno del DNA mediante la colorazione di gamma-H2AX come lettura funzionale delle rotture a doppio filamento indotte da radiazioni.
- Valore operativo: Fornisce dati quantitativi sulla frazione di sopravvivenza ottenuti da saggi clonogenici per definire la radiosensibilità intrinseca delle linee cellulari tumorali ai fini della priorizzazione degli obiettivi.
- Valore predittivo: Permette la stima dei parametri alfa/beta mediante modellizzazione lineare-quadratica per definire schemi di frazionamento con dosi biologiche efficaci equivalenti.
Sviluppo di Screening e Saggi
- Prontezza del saggio: Stabilisce curve di calibrazione standardizzate per film radio-cromatici al fine di ottenere misurazioni riproducibili della dose in funzione di diverse dimensioni del campo e profondità in fantocci di acqua solida.
- Output quantitativo: Fornisce la conversione da densità ottica netta a dose mediante interpolazione con curva quadratica, consentendo una verifica precisa del deposito di dose in esperimenti su piccoli animali.
- Riutilizzo della piattaforma: Favorisce la coerenza tra esperimenti diversi riutilizzando configurazioni dosimetriche basate su camera a ionizzazione e film per differenti configurazioni di irradiatore.
Ricerca Translazionale e Preclinica
- Rilevanza per la malattia: Consente l'allineamento di schemi di radioterapia preclinici con dosi biologiche efficaci clinicamente equivalenti, utilizzando parametri derivati dal modello LQ.
- Continuità traslazionale Collegare lo screening della radiosensibilità in vitro alla validazione della deposizione della dose in vivo in modelli con tumore attraverso una tracciabilità dosimetrica coerente.
- Progressione aggiustata per il rischio: Riduce i fattori di confondimento negli studi sulla terapia combinata assicurando che le dosi di radiazione somministrate corrispondano alle dosi efficaci previste in tutti i gruppi sperimentali.
Integrazione di Pipeline e Flusso di Lavoro
Questo metodo si integra nel percorso di scoperta in oncologia, dalla validazione del bersaglio fino all'ottimizzazione del composto leader, in particolare per agenti modulatori delle radiazioni in cui l'accuratezza della dose influisce sui risultati farmacodinamici.
- Biologia della Scoperta: Supporta la verifica di ipotesi sui meccanismi di riparazione del DNA consentendo un dosaggio preciso delle radiazioni per generare foci quantificabili di gamma-H2AX nei tessuti trattati.
- Screening: Garantisce la riproducibilità del saggio mediante l'uso di un fantoccio in acqua solida per la correzione dell'accumulo e dello scattering posteriore, assicurando una somministrazione della dose costante in diversi formati di piastre a pozzetti multipli.
- Analisi: Fornisce dati sulla frazione di sopravvivenza e sulla risposta dose-risposta trasformata in logaritmo naturale per l'adattamento a curve quadratiche finalizzato all'estrazione dei parametri alfa e beta.
- Ricerca Translazionale: Collega i rapporti alfa/beta derivati da saggi clonogenici a schemi di frazionamento in vivo attraverso i principi della dose biologicamente efficace per ottenere una probabilità equivalente di controllo tumorale.
- Riutilizzo Aziendale: Stabilisce un quadro dosimetrico riutilizzabile applicabile a diversi modelli di irradiatori e progettazioni sperimentali, riducendo la variabilità di allestimento negli studi preclinici multicentrici.
Impatto Operativo ed Aziendale
- Valore scientifico: Riduzione del rischio meccanicistica dei biomarcatori indotti dalle radiazioni mediante deposizione di dose validata in regioni anatomiche specifiche.
- Valore operativo: Standardizzazione della verifica dell'emissione di radiazioni tramite calibrazione incrociata con camera a ionizzazione e pellicola, riferita agli standard nazionali di dosimetria.
- Valore strategico: Miglioramento delle decisioni di proseguimento/cessazione delle terapie combinate con radiazioni, eliminando la variabilità nella somministrazione della dose come fattore confondente.
- Impatto sul portafoglio: Consente la priorizzazione dei candidati farmacologici in base alla modulazione riproducibile della radiosensibilità in schemi posologici clinicamente rilevanti.
Considerazioni sull'implementazione
- Richiede competenze specifiche nella sicurezza radiologica e nei principi fondamentali della dosimetria per un corretto posizionamento del fantoccio e allineamento dell'irradiatore.
- Dipende da strumentazione specifica, inclusi elettrometro, camera a ionizzazione, fantocci in acqua solida, pellicole radio-cromatiche e software per l'analisi delle immagini (ad esempio, ImageJ).
- Necessita di una standardizzazione congiunta tra fisici radiologi e biologi per garantire un'interpretazione coerente delle metriche di dose.
- Comporta considerazioni di adattamento relative a diverse dimensioni del campo, profondità e distanze sorgente-superficie quando si modellano progetti sperimentali differenti.
- I limiti pratici includono gli effetti di sbiadimento della pellicola, che richiedono una scansione tempestiva dopo l'esposizione, e la necessità di fattori correttivi specifici per l'energia qualora si discosti dalle qualità del fascio calibrate.
Domande frequenti sul biopharma
Chapters in this video
0:05
Introduction
1:14
Dose Output Determination
2:12
Radiochromic Film Calibration Curve Creating
3:26
Alpha/beta and Specific Dose Output Value Determination
4:22
Beam Positioning for Mouse Tumor Treatment
4:52
Results: Representative Irradiator Commissioning and Dosimetry
5:28
Conclusion
