Введение к работе
Актуальность проблемы. Современная онкология располагает большим арсеналом средств, позволяющих в зависимости от гистологии, темпов роста опухоли, иммунологического и гормонального статусов выбрать оптимальные способы лечения злокачественных новообразований. Среди этих способов одним из основных является лучевое лечение. Примерно 70% от общего числа больных с онкологическими заболеваниями назначают лучевую терапию либо в виде самостоятельного курса лечения, либо в сочетании с другими методами лечения.
Эффективность лучевой терапии во многом зависит от возможности раннего прогнозирования реакции опухоли на воздействие. Важным аспектом проведения терапии является также наличие методов, способных обеспечить оптимальное индивидуальное планирование и контроль ее проведения. Кроме того, для выработки оптимального индивидуального плана лечения злокачественных опухолей и коррекции ранее намеченной схемы в процессе курса терапии большое значение имеет возможность ранней оценки реакции опухоли на облучение. Однако в клинической практике нет метода, с помощью которого можно было бы быстро получить надежную количественную информацию.
Разработка методов прогнозирования на основе цитокинетических параметров (общего числа клеток, фракции роста, распределения клеток по фазам клеточного цикла), а также таких биологических параметров, как скорость пролиферации, репопуляции, фракции выживших клеток и др., позволяющих осуществлять количественную оценку и прогнозирование ответа опухоли на воздействие в экспериментальной радиобиологии, в клинических условиях затруднено в силу различных причин. Большая вариабельность данных параметров даже для опухолей одного и того же типа, а также необходимость частых биопсий в процессе лечения практически не позволяют использовать эти важные параметры для раннего прогноза реакции опухоли. Применяющиеся в клинике рентгенологические, томографические, эндоскопические и другие методы позволяют получить ответ о реакции опухоли на терапевтическое воздействие лишь через некоторое время после курса лечения, когда оптимальное индивидуальное планирование уже исключено. Таким образом, терапевтическое воздействие на организм больного продолжают даже тогда, когда оно не приносит никакого положительного эффекта (в силу радио - или химиорезистентности опухоли), но приводит к тяжелым побочным эффектам. В этой связи создание, в первую очередь, раннего, простого, нетравматичного, информативного метода получения надежных количественных параметров, характеризующих ответ опухоли на воздействие, является актуальной задачей современной онкологии. Мы считаем весьма перспективным для оценки эффективности лучевой терапии использование радионуклидных методов. В частности, применяя йод-дезоксиуридин (ЙДУР), меченный гамма-излучающими изотопами йода, можно с помощью внешних детекторов неинвазивно проследить за включением радиоактивной метки (РМ) в опухоль и оценить уровень синтеза ДНК в ответ на противоопухолевое воздействие. Основанием для использования скорости выведения ЙДУР из опухоли в качестве прогностического показателя эффективности терапии послужили особенности фармакокинетики ЙДУР, который включается в ДНК, особенно, активно пролиферирующих клеток, претерпевает в основном все биохимические превращения в течение 15 минут после введения и покидает эти клетки только после их гибели. Измерение включения ЙДУР в ДНК опухоли, т.е. количественная оценка пролиферативной активности опухоли неинвазивным способом, может стать инструментом для подбора оптимальных схем лечения опухолевых больных и обеспечить более раннюю и, возможно, более точную оценку реакции опухоли на проводимую терапию, а также предоставить информацию для составления клинического прогноза.
Цель настоящей работы – повышение эффективности лучевой терапии на основе индивидуального количественного прогнозирования реакции опухоли на противоопухолевое воздействие.
Задачами работы являются:
1. Оценка эффективности лучевой терапии с использованием ЙДУР, меченного радиоизотопами йода.
оценка уровня потери, включившегося 125I-ЙДУР в опухолевые клетки (перевиваемая опухоль мышей меланома В-16 и культура клеток HеLа), после рентгеновского облучения;
оценка влияния локального рентгеновского излучения на уровень включения в опухоль (перевиваемые опухоли мышей меланома В-16 и саркома-180) 125I-ЙДУР после ее облучения.
2. Разработка параметров количественной оценки реакции опухоли индивидуального животного на облучение с использованием меченного различными изотопами йода ЙДУР.
Для этого:
на перевиваемой опухоли мышей меланома В-16 методами радиометрии провести сравнительное изучение параметров выведения 125I-ЙДУР из зоны опухоли при различных дозах ее локального рентгеновского облучения, облучения тепловыми нейтронами и тепловыми нейтронами в присутствии введенного Na210B12H11SH (10BSH);
на перевиваемой опухоли мышей меланома В-16 методами радиометрии провести сравнительное изучение параметров выведения из зоны опухоли 131I-ЙДУР, введенного до облучения опухоли, и 125I-ЙДУР, введенного тому же животному после рентгеновского облучения опухоли;
на перевиваемой опухоли мышей меланома В-16 методами радиометрии провести сравнительное изучение параметров выведения 125I-Na+I- и 125I-ЙДУР из зоны опухоли после ее локального облучения в различных дозах рентгеновского излучения;
разработать количественные параметры, характеризующие включение ЙДУР в ДНК опухолевых клеток на основе анализа кинетических кривых выведения радиоактивной метки ЙДУР из меланомы В-16 и саркомы-180;
определить количественную зависимость между изменением параметров включения ЙДУР в опухоль и уровнем изменения синтеза ДНК опухоли при ее локальном рентгеновском облучении, при облучении тепловыми нейтронами и тепловыми нейтронами в присутствии введенного 10BSH;
3. Оценка эффективности использования разработанной модели для раннего индивидуального неинвазивного мониторинга лучевой терапии опухоли.
Для этого:
оценить противоопухолевый эффект (меланома В-16 и саркома-180) действия рентгеновского излучения, тепловых нейтронов и тепловых нейтронов в присутствии введенного 10BSH;
определить количественную взаимосвязь между разработанными параметрами включения ЙДУР, параметрами роста опухоли и дозой облучения опухоли для отдельных животных;
разработать схему оценки индивидуального количественного прогноза эффективности лучевого воздействия на опухоль с использованием параметров выведения меченого ЙДУР.
Научная новизна
Все исследования выполнены в нашей стране впервые, часть исследований выполнена впервые в мире.
Разработаны критерии ранней неинвазивной оценки эффективности лучевой терапии индивидуальных опухолей на основе параметров, характеризующих скорость выведения из опухоли 131I-ЙДУР, введенного в организм до облучения опухоли, и 125I-ЙДУР, введенного тому же животному после облучения опухоли.
Определены количественные параметры зависимости включения ЙДУР в опухолевые клетки от уровня изменения синтеза ДНК опухоли при ее локальном рентгеновском облучении в различных дозах, а также при облучении тепловыми нейтронами и облучении тепловыми нейтронами в присутствии с 10BSH - W1(d/0).
Показано, что отношения угловых коэффициентов (К) начального участка (до 48 часов) кривых, построенных по регистрируемой над зоной опухоли радиоактивности после введения 131I-ЙДУР до облучения и 125I-ЙДУР после облучения опухоли одному и тому же животному, коррелируют с параметрами роста опухоли.
Определены функциональные зависимости между параметрами выведения радиоактивной метки ЙДУР (К), параметрами роста опухоли и дозой облучения для отдельных животных.
Для оценки биологической эффективности разработаны в наших экспериментах и применены биологические критерии:
- параметр К, рассчитываемый по скорости выведения из опухоли радиоактивной метки введенного в организм ЙДУР, регистрируемой внешним детектором над зоной опухоли и функционально связанный с показателем W1(d/0), характеризующим зависимый от дозы облучения уровень синтеза ДНК в опухоли после ее облучения;
- параметр М, характеризующий зависящую от дозы долю объёма опухоли, клетки которого сохранили пролиферативную активность после облучения. Он вычисляется на основании анализа закономерностей роста опухоли в ответ на облучение, позволяет нетравматично получать оценку реакции опухоли на облучение и заменить во многих случаях сложный метод изучения выжившей после облучения фракции опухоли клеток.
Научно-практическая значимость работы
Разработана система индивидуального количественного прогноза эффективности лучевого воздействия на опухоль с использованием параметров выведения меченного гамма-излучающими радиоактивными изотопами ЙДУР, что позволяет неинвазивно прогнозировать эффективность как лучевого воздействия на опухоль, так и других видов консервативного лечения в онкологии в течение первых двух суток.
Практическая значимость экспериментальных результатов заключается в возможности получить дополнительные сведения об индивидуальной чувствительности опухоли на терапевтическое лучевое воздействие с элементом предсказания дальнейшего развития опухоли, и, соответственно, позволит более точно выбирать для каждого пациента оптимальный режим облучения. Результаты данного исследования могут быть инструментом, дающим возможность обеспечить более раннее распознавание ответа опухоли на проводимую терапию, то есть позволяют количественно оценить индивидуальную чувствительность опухоли и прогнозировать эффективность лучевого воздействия на нее через 48 часов после облучения
Принципиально важно отметить, что разработанная и предлагаемая методика может быть использована не только при оценке лучевого воздействия, но и при других видах противоопухолевой терапии.
Апробация работы. Результаты работы были представлены и докладывались на следующих международных и отечественных конференциях и совещаниях:
Х1 International Symposium on Laboratory Animals and Experimental medicine (Riga, 2-4 October, 1990); Всероссийский съезд онкологов (Ростов-на-Дону, 10-12 октября 1995); 2-я Национальная конференция «Медицинская физика-95 с международным участием» (г. Москва, 4-8 декабря, 1995); совещание с международным участием «Применение нейтронов ядерных реакторов в лучевой терапии, состояние и перспективы» (г. Обнинск, 17-19 октября, 1995); Seventh International Symposium on Neutron Capture Therapy for Cancer (Zurich, Switzerland, 4-7 September, 1996); Сателлитный симпозиум «Актуальные вопросы радиобиологии нейтронов и нейтронной терапии» в рамках 3 Съезда по радиационным исследованиям (радиобиология, радиоэкология, радиационная безопасность), г. Обнинск, 16 октября, 1997; Международный коллоквиум по проблеме INTAS (Москва, ИОНХ РАН, 4 июня 1998); Международное совещание по проблеме INTAS-96-1114 (г.Обнинск, 14 ноября 1998); Eighth International Symposium on Neutron Capture Therapy for Cancer (13-18 September 1998, La Jolla, California, U.S.A.); ХY1 Менделеевский съезд по общей и прикладной химии, «Научная сессия по проектам INTAS» (25-29 мая 1998г., Санкт-Петербург); Seventh International Radiopharmaceutical Dosimetry Symposium (April 17-19, 2002, The Department of Radiology and Radiological Sciences of Vanderbilt University Medical Center, Nashvilli, TN); Second Int. Conference on X-Ray and Neutron Capillary Optics (22-26.09 2004, Zvenigorod, Russia; III-й съезд онкологов и радиологов СНГ (Минск, 24-28.05 2004); Семинар «Радионуклидные технологии в физике и медицине» (Москва, ГУ РНЦ «Курчатовский институт», 28 октября, 2004г); IV Всероссийская научно-практическая конференция «Отечественные противоопухолевые препараты» (Москва, 16-18 марта, 2005); Всероссийская конференция «Радиобиологические основы лучевой терапии» (Москва, 19-20 апреля, 2005); VI Всероссийская научно-практическая конференция «Отечественные противоопухолевые препараты» (Москва, 24-26 марта, 2007).
Отдельные разделы настоящих исследований вошли в работы, отмеченные премией имени И.В. Курчатова за лучшую научную работу 2004 года и премией ГУ РОНЦ им. Н.Н.Блохина РАМН в области клинической онкологии за лучшую прикладную научную работу (2005 г.).
Личный вклад автора состоял в постановке целей и задач исследования, выполнении основного обьема экспериментальной работы. Автором проведены обработка и анализ полученных результатов, формулировка общих выводов и основных положений, выносимых на защиту.
Структура и объем работы
Диссертационная работа изложена на 210 страницах и состоит из введения, обзора литературы, описания материалов, методов и техники экспериментов, трех глав, содержащих собственные экспериментальные данные с обсуждением их результатов, заключения, выводов и указателя цитируемой литературы. Список цитируемой литературы включает 267 наименований отечественных и иностранных источников. Диссертация иллюстрирована 27 рисунками, фотографиями и 11 таблицами.
