High-dose-rate brachytherapy may be radiobiologically superior to low-dose rate due to slow repair of late-responding normal tissue cells
Η βραχυθεραπεία υψηλής δόσης μπορεί να είναι ραδιοβιολογικά ανώτερη από τη βραχυθεραπεία χαμηλής δόσης λόγω της αργής αποκατάστασης των φυσιολογικών κυττάρων των ιστών που ανταποκρίνονται αργά.

Abstract  Περίληψη

TL;DR: The previously held belief that LDR must be inherently superior radiobiologically to HDR is wrong if the long repair times demonstrated in the recent CHART study are applicable to other late-reacting normal tissues.
TL;DR: Η προηγούμενη πεποίθηση ότι η LDR πρέπει να είναι εγγενώς ανώτερη από την HDR από ραδιοβιολογική άποψη είναι λανθασμένη, εάν οι μακροχρόνιοι χρόνοι αποκατάστασης που αποδείχθηκαν στην πρόσφατη μελέτη CHART ισχύουν και για άλλους φυσιολογικούς ιστούς με καθυστερημένη αντίδραση.

Abstract: Background and Purpose: Recent analysis of morbidity for patients treated with the continuous hyperfractionated accelerated radiotherapy (CHART) regimen demonstrates that repair half-times for late-reacting normal tissue cells are of the order of $4-5\mathrm{h}$$4-5\mathrm{h}$4-5h4-5 \mathrm{~h}, which is considerably longer than previously believed. This would reduce repair of these tissue cells during a course of low-dose rate (LDR) brachytherapy, but have no effect at high-dose-rate (HDR), where there is no repair during, and full repair between fractions, regardless of repair halftime. The effect this has upon radiobiologic comparison of LDR and HDR is the topic of this paper. Materials and Methods: The linear-quadratic (L-Q) model is used to compare late-effect biologically effective doses (BEDs) of LDR and HDR, for constant BED (tumor). The effects of dose rate (for LDR), fractionation (for HDR), and geometrical sparing of normal tissues are all considered. Repair half-times observed in the CHART study are used to investigate the potential impact of long repair times on the comparison of LDR and HDR. Results: It is demonstrated that, for a repair half-time of 1.5 h for tumor cells, if the half-time for repair of late-reacting normal tissue cells exceeds about 2.5 h , LDR becomes radiobiologically inferior to HDR. Even with the least HDRfavorable combinations of parameters, HDR at over about 5 Gy/fraction ought to be radiobiologically superior to LDR at $0.5\mathrm{Gy}/\mathrm{h}$$0.5\mathrm{Gy}/\mathrm{h}$0.5Gy//h0.5 \mathrm{~Gy} / \mathrm{h}, so long as the time between HDR fractions is long compared to the repair half time. It is also shown that any geometrical sparing of normal tissues will benefit HDR more than LDR. Conclusion: The previously held belief that LDR must be inherently superior radiobiologically to HDR is wrong if the long repair times demonstrated in the recent CHART study are applicable to other late-reacting normal tissues. This could explain why HDR has been so successful in clinical practice, especially for the treatment of cervical cancer, despite previous convictions of radiobiologic inferiority of this modality. read less
Περίληψη: Ιστορικό και σκοπός: Πρόσφατη ανάλυση της νοσηρότητας ασθενών που υποβλήθηκαν σε θεραπεία με συνεχή υπερκλασματική επιταχυνόμενη ακτινοθεραπεία (CHART) καταδεικνύει ότι ο χρόνος ημίσειας ζωής των κυττάρων του φυσιολογικού ιστού που αντιδρούν με καθυστέρηση είναι της τάξης του $4-5\mathrm{h}$$4-5\mathrm{h}$4-5h4-5 \mathrm{~h} , ο οποίος είναι σημαντικά μεγαλύτερος από ό,τι πιστευόταν προηγουμένως. Αυτό θα μείωνε την επιδιόρθωση αυτών των ιστών κατά τη διάρκεια μιας θεραπείας βραχυθεραπείας χαμηλής δόσης (LDR), αλλά δεν θα είχε καμία επίδραση σε θεραπείες υψηλής δόσης (HDR), όπου δεν υπάρχει επιδιόρθωση κατά τη διάρκεια της θεραπείας και πλήρης επιδιόρθωση μεταξύ των δόσεων, ανεξάρτητα από τον χρόνο ημιζωής επιδιόρθωσης. Η επίδραση που έχει αυτό στη ραδιοβιολογική σύγκριση της LDR και της HDR είναι το θέμα της παρούσας εργασίας. Υλικά και μέθοδοι: Το γραμμικό-τετραγωνικό (L-Q) μοντέλο χρησιμοποιείται για τη σύγκριση των βιολογικά αποτελεσματικών δόσεων (BED) όψιμης επίδρασης της LDR και της HDR, για σταθερή BED (όγκος). Λαμβάνονται υπόψη οι επιδράσεις του ρυθμού δόσης (για LDR), του κλασμάτωσης (για HDR) και της γεωμετρικής διατήρησης των φυσιολογικών ιστών. Οι χρόνοι ημίσειας επισκευής που παρατηρήθηκαν στη μελέτη CHART χρησιμοποιούνται για να διερευνηθεί η πιθανή επίδραση των μακρών χρόνων επισκευής στη σύγκριση της LDR και της HDR. Αποτελέσματα: Αποδεικνύεται ότι, για χρόνο ημίσειας επισκευής 1,5 ώρα για τα καρκινικά κύτταρα, εάν ο χρόνος ημίσειας επισκευής των φυσιολογικών κυττάρων που αντιδρούν αργά υπερβαίνει περίπου τις 2,5 ώρες, η LDR γίνεται ραδιοβιολογικά κατώτερη από την HDR. Ακόμη και με τους λιγότερο ευνοϊκούς για την HDR συνδυασμούς παραμέτρων, η HDR σε δόση άνω των 5 Gy/δόση θα πρέπει να είναι ραδιοβιολογικά ανώτερη από την LDR σε $0.5\mathrm{Gy}/\mathrm{h}$$0.5\mathrm{Gy}/\mathrm{h}$0.5Gy//h0.5 \mathrm{~Gy} / \mathrm{h} , εφόσον ο χρόνος μεταξύ των δόσεων HDR είναι μεγάλος σε σύγκριση με τον χρόνο ημίσειας επισκευής. Αποδεικνύεται επίσης ότι οποιαδήποτε γεωμετρική διατήρηση των φυσιολογικών ιστών θα ωφελήσει περισσότερο την HDR από την LDR. Συμπέρασμα: Η προηγούμενη πεποίθηση ότι η LDR πρέπει να είναι εγγενώς ανώτερη από την HDR από ραδιοβιολογική άποψη είναι λανθασμένη, εάν οι μακροχρόνιοι χρόνοι αποκατάστασης που αποδείχθηκαν στην πρόσφατη μελέτη CHART ισχύουν και για άλλους φυσιολογικούς ιστούς με καθυστερημένη αντίδραση. Αυτό θα μπορούσε να εξηγήσει γιατί η HDR έχει τόσο μεγάλη επιτυχία στην κλινική πρακτική, ειδικά για τη θεραπεία του καρκίνου του τραχήλου της μήτρας, παρά τις προηγούμενες πεποιθήσεις για τη ραδιοβιολογική κατωτερότητα αυτής της μεθόδου. διαβάστε λιγότερα