Ottimizzazione radiobiologica dei protocolli radioterapici per il carcinoma della prostata

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1 Ottimizzazione radiobiologica dei protocolli radioterapici per il carcinoma della prostata Angela TERLIZZI, Domenico MOLA, Nicola PERNA, Anna Rita MARSELLA, Mariantonietta SOLOPERTO, Giovanni SILVANO ASL TA, Taranto SIF - XCV Congresso Nazionale - Bari, 29 settembre 2009

2 RADIOBIOLOGIA: RISPOSTA DEI TESSUTI ALL IRRADIAZIONE Quattro sono i meccanismi alla base della risposta delle cellule alle radiazioni, noti come le "4R" della radiobiologia. Riparazione Ridistribuzione Ripopolamento Riossigenazione

3 Riparazione RADIOBIOLOGIA: RISPOSTA DEI TESSUTI ALL IRRADIAZIONE La riparazione del danno subletale è definito come un aumento nella sopravvivenza cellulare notata quando una singola grande dose viene suddivisa in due parti e somministrata dopo un certo intervallo di tempo. Questa crescita nella sopravvivenza cellulare è una manifestazione della riparazione biochimica del danno al DNA.

4 RADIOBIOLOGIA: RISPOSTA DEI TESSUTI ALL IRRADIAZIONE Si verifica in quanto una dose di radiazione colpisce cellule che si trovano principalmente in fase mitotica (M) o in fase tarda (G 2 ). Ridistribuzione Ciò comporta una conseguente semisincronizzazione della popolazione residua nelle fasi più radioresistenti. Negli intervalli tra le singole frazioni di dose le cellule sopravvissute si desincronizzano, sicché le successive frazioni hanno minore probabilità di trovarsi di fronte a una popolazione resistente.

5 RADIOBIOLOGIA: RISPOSTA DEI TESSUTI ALL IRRADIAZIONE In risposta allo spopolamento determinato dalla irradiazione, i tessuti sani e quelli tumorali aumentano l attività proliferativa, richiamando nel ciclo divisionale cellule in riposo. Questa proliferazione compensatoria, positiva per le cellule sane, che in questo modo possono ridurre l'entità del danno, è problematica per il trattamento di un tumore. Ripopolamento

6 RADIOBIOLOGIA: RISPOSTA DEI TESSUTI ALL IRRADIAZIONE L ossigeno è un potente sensibilizzante Il grado di sensibilizzazione è espresso in termini di Oxygen Enhancement Ratio : E per produrre lo stesso effetto biologico. Per un livello di effetto E, la dose in condizioni di ossigenazione (curva A) è 2,8 volte inferiore alla dose richiesta in condizioni di ipossia (curva B). A B Riossigenazione

7 RADIOBIOLOGIA: RISPOSTA DEI TESSUTI ALL IRRADIAZIONE La crescita tumorale non è accompagnata da un'adeguata produzione di nuovi vasi sanguigni, per cui si possono creare aree ipossiche, in cui la pressione parziale dell'ossigeno è ridotta. Durante il trattamento, in virtù dell'effetto ossigeno, saranno le cellule meglio ossigenate a morire prima, ma la loro rimozione consentirà all'ossigeno di raggiungere le regioni carenti, ristabilendo una normale pressione parziale. Riossigenazione

8 RADIOBIOLOGIA: RISPOSTA DEI TESSUTI ALL IRRADIAZIONE A queste 4R bisogna aggiungerne una quinta: Radiosensibilità La radiosensibilità delle cellule è accertata determinando la loro integrità riproduttiva in funzione della dose di radiazione La risposta delle cellule, a determinate dosi di radiazioni, avviene secondo differenti gradi di sensibilità. La valutazione della radiosensibilità è fatta mediante lo studio delle cosiddette curve di sopravvivenza, nelle quali vengono valutati i comportamenti delle cellule e dei tessuti quando esposti a dosi crescenti di radiazioni.

9 CURVE DI SOPRAVVIVENZA CELLULARE: il modello LQ SF d e d d 2 n frazioni n SF d e nd ( d ) α/β alto: indica prevalenza di danno non riparabile e una curva dose-effetto che tende ad essere rettilinea dall origine. α/β basso: indica una prevalenza di danno riparabile e una curva dose-effetto con una spalla iniziale più evidente Il frazionamento della dose protegge i tessuti ad / basso rispetto a quelli ad / alto CARCINOMA PROSTATICO Fowler Brenner Nahum Valore / / Gy / = Gy IPOFRAZIONAMENTO: MIGLIOR PROTOCOLLO TERAPEUTICO IPERFRAZIONAMENTO: MIGLIOR PROTOCOLLO TERAPEUTICO

10 VALUTAZIONE DEL RAPPORTO / ATTRAVERSO L ANALISI DELLE FFBF DEI PAZIENTI 169 pazienti CARATTERISTICHE PAZIENTI: età media: circa 70 anni ( range: anni) mediana del ipsa è 11.8 ng/ml (range: 0, ng/ml) mediana del follow-up : 30 mesi (range: 1 83 mesi). ESCLUSIONE PAZIENTI DALLO STUDIO: meno di un anno e mezzo di follow up presenza di metastasi o recidive all'inizio del trattamento. TRATTAMENTO: Radioterapia conformazionale con frazionamento convenzionale (2 Gy/fx). Campi multipli da 10 MV e 18 MV, in particolare 5 su loggia prostatica e vescichette seminali (gantry: 0, 90, 135, 225 e 270 ) fino alla dose di Gy e 7 solo su loggia (angolazioni del gantry: 0, 45, 90, 135, 225, 270 e 315 ) fino alla dose di prescrizione di Gy nel 90% dei casi. Nel caso di interessamento linfonodale viene trattata la pelvi fino a 46 Gy con 4 campi (0, 90, 180, 270 ). Il 7% dei pazienti ha ricevuto una dose inferiore a 70 Gy, mentre il 4% dei pazienti sono stati trattati con brachiterapia.

11 VALUTAZIONE DEL RAPPORTO α/β ATTRAVERSO L ANALISI DELLE FFBF DEI PAZIENTI STRATIFICAZIONE PAZIENTI IN CLASSI DI RISCHIO: MODELLO NCCN 2007 BASSO INTERMEDIO ALTO MOLTO ALTO T 1-2a e 2b-2c, T2 o 3a, T3 o 3b-4 e PSA <10 e o >20 o Qualunque e GPS <7 7 >7 Qualunque Malattia metastatica: N+ o M1 ANALISI curve di sopravvivenza libera da recidiva biochimica (FFBF): metodo Kaplan Meier. Calcolo effettuato dalla data di inizio della radioterapia. Test Log - Rank e 2, per testare la SIGNIFICATIVITA dei risultati. L'analisi dei dati è stata effettuata mediante il software SPSS. ANALISI PRELIMINARE: Verifica assenza di bias nei dati Variabile FFBF (%) p Età ( 70 vs. <70 anni) 84,9% vs. 86,6% 0,515 ipsa(>10 vs. 10 ng/ml) 82,2% vs. 91,2% 0,121 ipsa(>20 vs. 20 ng/ml) 69% vs. 91.1% 0,001 GS ( 7 vs. <7) 85% vs. 86,8% 0,746 GS ( 8 vs. <8) 84,8% vs. 86,5% 0,95

12 VALUTAZIONE DEL RAPPORTO α/β ATTRAVERSO L ANALISI DELLE FFBF DEI PAZIENTI ANALISI RISULTATI FFBF rischio Percent alto 89,6% altissimo 60,9% risultato in linea con la letteratura Altissimo rischio ipsa > 20 ng/ml GS > 8 T > T 3 p = 0.43 > 0.05 p = < 0.01 QUANTITATIVAMENTE NON SIGNIFICATIVO ALTAMENTE SIGNIFICATIVO

13 VALUTAZIONE DEL RAPPORTO α/β ATTRAVERSO L ANALISI DELLE FFBF DEI PAZIENTI Probabilità di sopravvivenza libera da malattia in funzione delle dosi equivalenti di quattro studi di ipofrazionamenti per il cancro alla prostata di rischio intermedio. Si è integrata la figura con il valore ottenuto per i pazienti della S.C. di Radioterapia di Taranto. FFBF:78 % ± 10 % a 48 mesi dose media: 74 ± 2 Gy Linea continua è stata adattata da Fowler per pazienti di rischio intermedio trattati in regime standard con un rapporto α/β pari a 1.5. I punti del controllo biochimico degli esperimenti di ipofrazionamenti sono rappresentati relativamente alla loro dose equivalente per tre rapporti α/β pari a 1.5, 3 e 10 Gy. Il rapporto di 1.5 Gy produce chiaramente l'interpolazione più vicina alla curva.

14 VALUTAZIONE DEL RAPPORTO α/β ATTRAVERSO L ANALISI DELLE FFBF DEI PAZIENTI Calcolo proporzione di ipossia attraverso l analisi delle FFBF dei pazienti stratificati mediante il valore del PSA (minore di 10 ng/ml, tra 10 e 20 ng/ml e maggiore di 20 ng/ml). Risultati a 48 mesi: 88.1% ± 4.1%, 84.9% ± 7.4% e 58.5% ± 9.9% rispettivamente per ipsa<10 ng/ml, ipsa ng/ml e ipsa> 20 ng/ml PSA < 10 ng/ml:dati in linea con la letteratura PSA ng/ml: proporzione di cellule ipossiche, presenti nel tumore, inferiore rispetto a quella stimata mediante il modello di Nahum. Dato ancora più evidente per i pazienti che presentano un PSA > 20 ng/ml. Proporzione IPOSSIA curve centrali:15%, 25%, 60%

15 VALUTAZIONE DEL RAPPORTO α/β ATTRAVERSO L ANALISI DELLE FFBF DEI PAZIENTI Risultati a 48 mesi: 88.1% ± 4.1 %, 84.9% ± 7.4 % e 58.5% ± 9.9 % rispettivamente per ipsa<10 ng/ml, ipsa ng/ml e ipsa> 20 ng/ml p=0.001 < < 0.01 ALTAMENTE SIGNIFICATIVO

16 VALUTAZIONE DEL RAPPORTO α/β DAL CONFRONTO CON GLI IPOFRAZIONAMENTI DELLA LETTERATURA Martin Livsey Kupelian Taranto N. ro pazienti basso rischio N. ro pazienti medio rischio N. ro pazienti alto rischio N. ro pazienti TOTALE GS Stadio Età PSA medio Frazionamento mediana mesi follow - up 71 (range:50-82) 7,06 ng/ml (range:2-25,38) 68 (range:49-84) 13,0 ng/ml (range:0,6-270) 68 (range:49-84) 8,10 ng/ml (range:1.1-90) 70 (range:49-83) 11,8 ng/ml (range:0,85-530) 6 35 pz 463 pz 58 pz 83 pz 7 54 pz - 35 pz 49 pz pz 242 pz 7 pz 34 pz T1 39 pz 125 pz - 35 pz T2 53 pz 365 pz - 66 pz T3-T4-215 pz - 68 pz 60 Gy 3 Gy/fz 38 (range: 17-58) 50 Gy 3,125 Gy/fz 48 (range: 1-82) 70 Gy 2,5 Gy/fz 66 (range: 3-75) 72 Gy 2 Gy/fz 30 (range: 1-80) Confronto dati pazienti trattati nella S.C. della Radioterapia di Taranto in regime convenzionale, con quelli trattati, in regimi ipofrazionati, al Princess Margaret Hospital Toronto Canada (Martin), al Christie Hospital NSH Trust Manchester England (Livsey) e alla Cleveland Clinical Foundation Cleveland (Kupelian). FFBF TOTALE 87% 59% 85% 81,30%

17 VALUTAZIONE DEL RAPPORTO α/β DAL CONFRONTO CON GLI IPOFRAZIONAMENTI DELLA LETTERATURA La probabilità di morte di tutte le cellule tumorali in seguito a irradiazione nel volume tumorale definito è detta Probabilità di Controllo Tumorale (TCP). Il modello si basa sulle assunzioni che il controllo del tumore sia ottenuto quando: non ci sono cloni cellulari sopravviventi dopo l irradiazione; che la morte cellulare avvenga in maniera statistica; che la probabilità della presenza delle cellule sopravviventi in un tumore segua la statistica di Poisson.

18 VALUTAZIONE DEL RAPPORTO α/β DAL CONFRONTO CON GLI IPOFRAZIONAMENTI DELLA LETTERATURA Per lo studio in esame è necessario correggere il modello TCP dovuto al tempo di follow-up di cinque anni : dove: 0 TCP e F(t) 1 e N SF F(t ) Per poter applicare la formula è necessario collegare il numero iniziale dei clonogeni con i parametri prognostici dei pazienti. L'assunzione più semplice è quella di assumere il numero dei clonogeni proporzionale al livello del ipsa medio, tenendo presente che un tessuto sano di prostata produce un Psa pari al10% del Volume della prostata(in cc): t T c N0 P 0. 1 d sa V p

19 VALUTAZIONE DEL RAPPORTO α/β DAL CONFRONTO CON GLI IPOFRAZIONAMENTI DELLA LETTERATURA RISULTATI Martin - Taranto Livsey - Taranto Kupelian- Taranto α/β (N 0 ~ λp sa ~300) 1,44 ± 0,25 Gy 1,46 ± 0,16 Gy 0,9 ± 0,24 Gy α/β (N 0 ~ 10 6 ) 2,33 ± 0,25 Gy 1,20 ± 0,16 Gy 2,27 ± 0,24 Gy Rapporto α/β determinato sempre significativamente al di sotto di 3 Gy

20 CONCLUSIONI Le indicazioni fornite dai dati presenti in letteratura sul rapporto α/β portano, per il carcinoma della prostata, a risultati non universalmente condivisi. L'analisi su 169 pazienti, trattati nella S.C. di Radioterapia oncologica della ASL di Taranto ha permesso, in questo lavoro, di fornire un primo risultato di α/β=1,5 con lo studio delle curve di sopravvivenza libera da recidiva biochimica (FFBF), previa verifica dell'assenza di bias. Il confronto dei dati del nostro centro con quelli ottenuti da Nahum et. al. ha evidenziato un buon accordo, per possibile ipossia (carenza di ossigeno nei tessuti), solo per pazienti con ipsa minore di 10 ng/ml, ma per pazienti con ipsa fra 10 e 20 ng/ml e con ipsa maggiore di 20 ng/ml si riscontra un grado di ipossia inferiore a quello riportato in letteratura. Infine, attraverso una differente procedura, mediante l'analisi incrociata dei dati del nostro centro con le FFBF di trattamenti ipofrazionati presenti in letteratura, si è potuto confermare un α/β basso, dell'ordine di 1,5 Gy, con un range che va da 0.9 a 2.7 Gy, a seconda del numero di clonogeni iniziali presi in considerazione. Il risultato di un valore di α/β per il cancro alla prostata tra 1 e 3 Gy, fa sì che si possa considerare fattibile e terapeuticamente valida l'opportunità di adoperare ipofrazionamenti per il carcinoma prostatico. Uno sviluppo ulteriore di questo lavoro potrebbe essere quello di effettuare uno studio randomizzato, con due bracci, ipofrazionato e convenzionale, che permetterebbe di mantenere sotto controllo le variabili che potrebbero influire sulla stima del rapporto α/β, in maniera da giungere ad una conclusione risolutiva sulla sua grandezza.

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