algunos conceptos de radiobiología del tratamiento del cáncer por captura neutrónica de boro...
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Algunos Conceptos de Algunos Conceptos de Radiobiología del Radiobiología del Tratamiento del Tratamiento del
cáncer por captura cáncer por captura neutrónica de boro neutrónica de boro
(BNCT)(BNCT)Mgter Teresita RoldánMgter Teresita RoldánAlumna Doctorado en Ciencias-Mención Alumna Doctorado en Ciencias-Mención FísicaFísicaDirector: Dr Andrés KreinerDirector: Dr Andrés Kreiner
Noviembre 2010Noviembre 2010
21/04/23 2Algunos conceptos de Radiobiologia de
BNCT
TEMARIOTEMARIO Fundamentos de BNCTFundamentos de BNCT Radiobiología: conceptos Radiobiología: conceptos
importantesimportantes Agentes portadores de Boro: Agentes portadores de Boro:
optimización en BNCT.optimización en BNCT. Características dosimétricas del Características dosimétricas del
campo de radiación mixto en campo de radiación mixto en BNCT BNCT
RBE ( Eficacia Biológica Relativa)RBE ( Eficacia Biológica Relativa) CBE: Efectividad Biológica CBE: Efectividad Biológica
Relativa del Compuesto. Relativa del Compuesto.
21/04/23 3Algunos conceptos de Radiobiologia de
BNCT
Fundamentos de BNCTFundamentos de BNCT
Terapia Binaria
Sustancia portadora de boro Flujo de neutrones térmicos o epitérmicos adecuado
21/04/23 4Algunos conceptos de Radiobiologia de
BNCT
Fundamentos de BNCTFundamentos de BNCT
21/04/23 5Algunos conceptos de Radiobiologia de
BNCT
Fundamentos de BNCTFundamentos de BNCT
21/04/23 6Algunos conceptos de Radiobiologia de
BNCT
Fundamentos de BNCTFundamentos de BNCT
21/04/23 7Algunos conceptos de Radiobiologia de
BNCT
21/04/23 8Algunos conceptos de Radiobiologia de
BNCT
RA-6CNEA
LBL
U K
Budker & IPPE
Beijing
LNL
CNEA
MIT
Estudios con Aceleradores
FiR-1
MITR-IIHFR
Rez
Pavia
Reactores
Japón
Japón
BNCT en el Mundo
21/04/23 9Algunos conceptos de Radiobiologia de
BNCT
Fundamentos de BNCTFundamentos de BNCT Radiobiología: conceptos Radiobiología: conceptos
importantesimportantes Agentes portadores de Boro: Agentes portadores de Boro:
optimización en BNCT.optimización en BNCT. Características dosimétricas del Características dosimétricas del
campo de radiación mixto en campo de radiación mixto en BNCT BNCT
RBE ( Eficacia Biológica Relativa)RBE ( Eficacia Biológica Relativa) CBE: Efectividad Biológica CBE: Efectividad Biológica
Relativa del Compuesto. Relativa del Compuesto.
21/04/23 10Algunos conceptos de Radiobiologia de
BNCT
RADIOBIOLOGIA
Es el estudio de la acción de las radiaciones ionizantes en los seres vivos.
Radiobiología conceptos Radiobiología conceptos importantesimportantes
21/04/23 11Algunos conceptos de Radiobiologia de
BNCT
• DIRECTAMENTE IONIZANTES:DIRECTAMENTE IONIZANTES:• Partículas cargadas, tales como Partículas cargadas, tales como
electrones, protones, partículas alfa, electrones, protones, partículas alfa, que ionizan por medio de la Fuerza de que ionizan por medio de la Fuerza de Coulomb entre partículasCoulomb entre partículas. . Hay un Hay un espesor de material que las frenará espesor de material que las frenará completamente.completamente.
•INDIRECTAMENTE IONIZANTESINDIRECTAMENTE IONIZANTES : :•Especies no cargadas, tales como cuantos electromagnéticos (fotones) y neutrones, que sufren interacción liberando partículas cargadas energéticas . NO hay espesor que las elimine completamente, hay atenuación creciente con el aumento de espesor.
RADIACIONES IONIZANTESRADIACIONES IONIZANTES
21/04/23 12Algunos conceptos de Radiobiologia de
BNCT
La Transferencia Lineal de Energía La Transferencia Lineal de Energía (LET) es una medida de la densidad (LET) es una medida de la densidad de la ionización producida cuando la de la ionización producida cuando la radiación penetra en los tejidosradiación penetra en los tejidos..
Radiobiología conceptos Radiobiología conceptos importantesimportantes
Para partículas de Para partículas de alta LETalta LET, se , se produce una gran densidad de produce una gran densidad de ionizaciones a lo largo de la trayectoria ionizaciones a lo largo de la trayectoria de la misma, resultando en un aumento de la misma, resultando en un aumento del del efecto biológicoefecto biológico comparada con la comparada con la misma dosis física debida a radiación misma dosis física debida a radiación de de baja LETbaja LET. Usualmente esta relación . Usualmente esta relación se denomina se denomina Efectividad Biológica Efectividad Biológica RelativaRelativa (EBR) (EBR)
21/04/23 13Algunos conceptos de Radiobiologia de
BNCT
Partícula Energía(MeV)
Range(μm)
LET medio
(keV/μm)
α 1.47 9 196
7Li 0.84 5 162
Características de las radiaciones Características de las radiaciones principales producidas en la principales producidas en la
reacción [reacción [1010B (n,B (n,αα) ) 77Li].Li].
21/04/23 14Algunos conceptos de Radiobiologia de
BNCT
¿Cómo se originan los daños?
La radiación transfiere energía a las moléculas de las células de los tejidos biológicos. Como resultado de esta interacción las funciones de las células pueden deteriorarse de forma temporal o permanente y ocasionar incluso la muerte de las mismas.
Radiobiología conceptos Radiobiología conceptos importantesimportantes
21/04/23 15Algunos conceptos de Radiobiologia de
BNCT
EFECTOS BIOLÓGICOS DE LAS RADIACIONES
El núcleo es la estructura celular más sensible a las radiaciones. En él se almacena la información genética dentro de la molécula de ADN. Sin embargo, fuera del núcleo, también hay estructuras celulares sensibles a los efectos radioinducidos. Tal es el caso de las organelas vinculadas con el metabolismo aerobio, así como el sistema de endomembranas y la membrana celular.
Modelo de ADN
Radiobiología conceptos Radiobiología conceptos importantesimportantes
21/04/23 16Algunos conceptos de Radiobiologia de
BNCT
Cuando un sistema biológico es irradiado, La modificación de ese sistema se produce a través de un efecto directo (radiación de alta LET, causando ionización y excitación molecular) y de un efecto indirecto (radiación de baja LET, produciendo la radiolisis del agua y dando lugar a iones y radicales libres que interactúan posteriormente con las moléculas blanco por ejem: peróxido de hidrógeno)
Radiobiología conceptos Radiobiología conceptos importantesimportantes
21/04/23 17Algunos conceptos de Radiobiologia de
BNCT
Radiobiología conceptos Radiobiología conceptos importantesimportantes
21/04/23 18Algunos conceptos de Radiobiologia de
BNCT
Una irradiación puede producir distintos tipos de lesiones en la molécula de ADN:¤ Rupturas de cadenas (simples o dobles).¤ Alteración de las bases nitrogenadas.¤ Oxidación de azúcares.¤ Formación de dímeros entre dos bases.¤ Formación de puentes entre las dos cadenas del ADN (cross links).
“ El tipo y la magnitud del daño dependen del tipo de radiación, de su
energía, de la dosis absorbida (energía depositada), de la zona afectada y del
tiempo de exposición ”
Radiobiología conceptos Radiobiología conceptos importantesimportantes
21/04/23 19Algunos conceptos de Radiobiologia de
BNCT
Cuando se produce una irradiación, el tiempo entre dos eventos ionizantes es importante porque es el intervalo en el cual la célula puede poner en marcha mecanismos de reparación o de adaptación a la injuria. Esto es, a mayor tiempo entre dos eventos subletales mayor es la probabilidad de recuperación del daño.
Radiobiología conceptos Radiobiología conceptos importantesimportantes
21/04/23 20Algunos conceptos de Radiobiologia de
BNCT
Fundamentos de BNCTFundamentos de BNCT Radiobiología: conceptos Radiobiología: conceptos
importantesimportantes Agentes portadores de BoroAgentes portadores de Boro Características dosimétricas del Características dosimétricas del
campo de radiación mixto en campo de radiación mixto en BNCT BNCT
RBE ( Eficacia Biológica Relativa)RBE ( Eficacia Biológica Relativa) CBE: Efectividad Biológica CBE: Efectividad Biológica
Relativa del Compuesto. Relativa del Compuesto.
21/04/23 21Algunos conceptos de Radiobiologia de
BNCT
Agentes portadores de Agentes portadores de BoroBoro
Características del 10B: Una de las mayores secciones eficaces de captura. Isótopo estable, disponible, abundancia aproximada
del 20% del boro natural Las partículas emitidas por la reacción 10B(n,α)7Li
tienen una LET (Transferencia Lineal de Energía) alto y corto rango (~diámetro celular).
Propiedades químicas especiales. Los compuestos borados comercialmente disponibles
que se emplean en ensayos clínicos son: Borocaptato de sodio (BSH). Borofenilalanina (BPA, BoronoPhenylalanine). Ambos han demostrado ser no-tóxicos en el rango de
dosis empleado (12-90 microgr/gr de peso para BPA y 20-120 microgr/gr de peso para BSH).
21/04/23 22Algunos conceptos de Radiobiologia de
BNCT
Agentes portadores de Agentes portadores de BoroBoro
Estructura química de los Estructura química de los compuestos de Borocompuestos de Boro
21/04/23 23Algunos conceptos de Radiobiologia de
BNCT
Agentes portadores de Agentes portadores de BoroBoro
El El BPABPA fue sintetizado a fines de 1950 para fue sintetizado a fines de 1950 para su posible uso en BNCT. Y se utilizó en los su posible uso en BNCT. Y se utilizó en los ensayos clínicos de la década del `60.ensayos clínicos de la década del `60.
El El BPABPA es transportado a través de la es transportado a través de la barrera sangre-cerebro en el cerebro barrera sangre-cerebro en el cerebro normal. normal.
La concentración promedio de boro en La concentración promedio de boro en tumor (glioma o melanoma) es de tumor (glioma o melanoma) es de dos a dos a cuatro vecescuatro veces mayor en tumormayor en tumor que en sangre que en sangre y cerebro. Esta diferencia aparentemente y cerebro. Esta diferencia aparentemente no se relaciona con la actividad mitótica no se relaciona con la actividad mitótica
La razón bioquímica para la captación La razón bioquímica para la captación preferencial de preferencial de BPABPA en el tumor está en el tumor está relacionada a una elevada tasa de relacionada a una elevada tasa de transporte de aminoácidos en la membrana transporte de aminoácidos en la membrana de la célula tumoral de la célula tumoral
21/04/23 24Algunos conceptos de Radiobiologia de
BNCT
Agentes portadores de Agentes portadores de BoroBoro
BSHBSH no cruza la barrera hematoencefálica no cruza la barrera hematoencefálica intacta en el cerebro normal, pero se acumula en intacta en el cerebro normal, pero se acumula en los tumores cerebrales, debido a que los vasos los tumores cerebrales, debido a que los vasos sanguíneos en los tumores intracraneales sanguíneos en los tumores intracraneales pierden el apropiado funcionamiento como pierden el apropiado funcionamiento como barrera sangre-cerebro.barrera sangre-cerebro.
Se ha reportado que Se ha reportado que BSH BSH se transporta en la se transporta en la sangre como un complejo disulfuro con albúmina sangre como un complejo disulfuro con albúmina sérica. sérica.
Los valores promedios para el cociente Los valores promedios para el cociente concentración de boro en tumor a sangre se halla concentración de boro en tumor a sangre se halla en el rango de en el rango de 1.3:1 a 2:1.1.3:1 a 2:1.
Estos relativamente bajos cocientes sugieren que Estos relativamente bajos cocientes sugieren que la difusión pasiva desde la sangre a través de una la difusión pasiva desde la sangre a través de una incompleta barrera sangre-cerebro es el primer incompleta barrera sangre-cerebro es el primer modo de acumulación del boro. modo de acumulación del boro.
21/04/23 25Algunos conceptos de Radiobiologia de
BNCT
Fundamentos de BNCTFundamentos de BNCT Radiobiología: conceptos Radiobiología: conceptos
importantesimportantes Agentes portadores de Boro: Agentes portadores de Boro:
optimización en BNCT.optimización en BNCT. Características dosimétricas del
campo de radiación mixtos en BNCT
RBE ( Eficacia Biológica Relativa) CBE: Efectividad Biológica CBE: Efectividad Biológica
Relativa del Compuesto. Relativa del Compuesto.
21/04/23 26Algunos conceptos de Radiobiologia de
BNCT
Energía cinética de haces de Energía cinética de haces de neutronesneutrones
Tipo de haz Rango
Térmico En < 0.5 eV
Epitérmico 0.5eV<En< 10 keV
Rápido En > 10 keV
Características dosimétricas Características dosimétricas del campo de radiación mixtos del campo de radiación mixtos
en BNCTen BNCT
21/04/23 27Algunos conceptos de Radiobiologia de
BNCT
Características dosimétricas Características dosimétricas del campo de radiación mixtos del campo de radiación mixtos
en BNCTen BNCT
21/04/23 28Algunos conceptos de Radiobiologia de
BNCT
Características dosimétricas Características dosimétricas del campo de radiación mixtos del campo de radiación mixtos
en BNCTen BNCT El campo de radiación producido en el tejido El campo de radiación producido en el tejido
durante la terapia con BNCT, consiste de tres durante la terapia con BNCT, consiste de tres componentes con diferentes LETs componentes con diferentes LETs característicos.característicos.
a) a) Rayos Rayos γγ de baja LET de baja LET, resultantes , resultantes principalmente de la captura de neutrones principalmente de la captura de neutrones térmicos por los átomos de hidrógeno del tejido térmicos por los átomos de hidrógeno del tejido normal [normal [11H(n,H(n,γγ))22H]H]
b ) b ) Protones de alta LETProtones de alta LET, producidos por , producidos por dispersión de neutrones rápidos y por la captura dispersión de neutrones rápidos y por la captura de neutrones térmicos por átomos de nitrógeno, de neutrones térmicos por átomos de nitrógeno, 1414N(n,p)N(n,p)1414CC
c )c )Partículas Partículas αα y núcleos de Li de alta LET y núcleos de Li de alta LET, , liberados como productos de la reacción liberados como productos de la reacción 1010B B (n,(n,αα ) ) 77Li.Li.
21/04/23 29Algunos conceptos de Radiobiologia de
BNCT
Características dosimétricas del campo de Características dosimétricas del campo de radiación mixtos en BNCTradiación mixtos en BNCT
Dosis Total
Dosis gamma Total
Dosis 10B
Dosis rápida
Dosis capturaNitrógeno
Haz de neutrones Epitérmico del Reactor de Investigación Médica de Brookhaven( BMRR) a lo largo del eje del haz en función de la profundidad
21/04/23 30Algunos conceptos de Radiobiologia de
BNCT
Fundamentos de BNCT Radiobiología: conceptos
importantes Radiobiología aplicable a BNCT. Agentes portadores de Boro:
optimización en BNCT. Características dosimétricas del
campo de radiación mixtos en BNCT Factores de Eficacia Biológica Factores de Eficacia Biológica
Relativa (RBE).Relativa (RBE). CBE: Efectividad Biológica CBE: Efectividad Biológica
Relativa del Compuesto. Relativa del Compuesto.
21/04/23 31Algunos conceptos de Radiobiologia de
BNCT
Factores de Efectividad Biológica Factores de Efectividad Biológica Relativa (RBE) para las componentes de Relativa (RBE) para las componentes de
dosis de Alto LET en BNCT.dosis de Alto LET en BNCT.
Gy-Eq en BNCT
21/04/23 32Algunos conceptos de Radiobiologia de
BNCT
Factores de Efectividad Biológica Factores de Efectividad Biológica Relativa (RBE) para las Relativa (RBE) para las
componentes de dosis de Alto LET componentes de dosis de Alto LET en BNCT.en BNCT.
21/04/23 33Algunos conceptos de Radiobiologia de
BNCT
Factores de Efectividad Biológica del Factores de Efectividad Biológica del Compuesto (CBE) para la reacción Compuesto (CBE) para la reacción 1010B B
(n,(n,αα ) ) 77LiLi . .
21/04/23 34Algunos conceptos de Radiobiologia de
BNCT
Parámetros típicos para el Parámetros típicos para el cálculo de la dosis en BNCTcálculo de la dosis en BNCT
Concentración y EBR para tejido tumoral y sano.
Concentración de
10B(ppm)
EBR
Tejido Tumoral 40 3.8
Tejido Sano 11.4 1.35
21/04/23 35Algunos conceptos de Radiobiologia de
BNCT
Reacciones y EBR para cada rango de energía de neutrones
Tipo de haz Reacción Tejido Sano
Tejido Tumoral
Térmico 10 B (n,α)7Li14N(n,p)14C
1.353.2
3.83.2
Epitérmico 10 B (n,α)7Li14N(n,p)14C
1.352
22
Rápido DosisGamma
1H (n,n´) 1H 3.21
3.21
Parámetros típicos para Parámetros típicos para el cálculo de la dosis en el cálculo de la dosis en
BNCTBNCT
21/04/23 36Algunos conceptos de Radiobiologia de
BNCT
Cálculo de la dosis en Cálculo de la dosis en BNCTBNCT
El uso de CF (Factor de Compuesto) y del El uso de CF (Factor de Compuesto) y del EBR(Eficacia Biológica relativa) hace posible sumar EBR(Eficacia Biológica relativa) hace posible sumar las diferentes componentes y expresar la dosis de las diferentes componentes y expresar la dosis de fotón equivalente Dfotón equivalente Dtot en Gray-equivalente (Gy-Eq.): en Gray-equivalente (Gy-Eq.):
Dtejido = es la tasa de dosis equivalente total para tumor o tejido Dtejido = es la tasa de dosis equivalente total para tumor o tejido sanosanoDDN = Dosis debida a neutrones rápidos = Dosis debida a neutrones rápidosDD14N= Dosis debida a captura en Nitrógeno= Dosis debida a captura en NitrógenoDγ = Dosis debida a fotones gammaDγ = Dosis debida a fotones gammaDD10B = Dosis debida a captura en = Dosis debida a captura en 10BB
DDtejidotejido= D= DN EBREBRráp + D + D14N EBR EBR14N + Dγ + Dγ EBREBRfotón + +
DD10B EBR EBR 10B
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BNCT
En resumenEn resumen BNCT es una técnica de tratamiento de BNCT es una técnica de tratamiento de
cáncer binariacáncer binaria Requiere de:Requiere de: un compuesto de un compuesto de 1010B adecuadoB adecuado Haz de neutrones (témico o epitermico)Haz de neutrones (témico o epitermico) El campo de radiación producido en el El campo de radiación producido en el
tejido durante la terapia con BNCT, tejido durante la terapia con BNCT, consiste componentes con diferentes consiste componentes con diferentes LETs característicos.LETs característicos.
El cálculo de dosis involucra factores El cálculo de dosis involucra factores como el RBE o CBE para tener en cuenta como el RBE o CBE para tener en cuenta la efectividad biológica de estas la efectividad biológica de estas componentescomponentes
21/04/23 38Algunos conceptos de Radiobiologia de
BNCT
Muchas gracias por su atenciónMuchas gracias por su atención