Radiobiology with proton cyclotron beams: a viability study

Abstract

O número de centros de radioterapia com protões está a aumentar em todo o mundo, com trinta centros actualmente em operação e mais de vinte em fase de planeamento ou já em construção. Os resultados da radioterapia com protões estão a despertar o interesse de cada vez mais centros médicos, num número crescente de países, em disponibilizá-la aos seus doentes. Ao mesmo tempo, ciclotrões capazes de acelerar protões até cerca de 20 MeV têm sido instalados por todo o mundo. Embora o seu propósito seja principalmente a produção de radioisótopos para tomografia por emissão de positrões, eles estão equipados com várias linhas de feixe que podem ser utilizadas para investigação científica. Cada linha de feixe pode dar tipicamente correntes de 150 A (1x1015 partículas/s). Fazer estudos radiobiológicos usando estas linhas de feixe pode contribuir para o melhoramento dos resultados da radioterapia com protões, nomeadamente por dar novos dados para a resposta a algumas questões ainda por esclarecer: • o impacto do fraccionamento da radioterapia com partículas na eficácia da dose, incluindo os diferentes efeitos nas regiões irradiadas no pico de Bragg versus no patamar; • a influência das respostas dos tecidos vivos, como o edema, o encolhimento do tumor, o dano vascular com consequente permeabilidade aumentada, e processos inflamatórios com consequentes alterações na densidade dos tecidos; • o efeito adjuvante e/ou tóxico do uso de compostos farmacêuticos em concomitância com a radioterapia; • as causas da hipersensibilidade a baixas doses de radiação [Ste07b, Sch10]; • os mecanismos por detrás do efeito bystander ou efeito bystander induzido por radiação, e das chamadas respostas adaptativas [Mot04, Wid09]; e • a evolução espacial e temporal do dano provocado pela radiação, a qual pode ser avaliada através da evolução espacial e temporal das quebras da cadeia dupla de ADN [Sch10]. Novos dados para responder a estas e outras questões podem contribuir para a melhoria dos resultados da radioterapia e consequentemente para a redução das taxas de mortalidade em doentes com cancro. Neste trabalho estudamos a viabilidade da implementação de um sistema experimental numa das linhas de feixe do ciclotrão de 18 MeV recentemente instalado no Instituto de Ciências Nucleares Aplicadas à Saúde, Universidade de Coimbra. Esse sistema deve permitir a realização de estudos radiobiológicos, incluindo os efeitos da irradiação com protões em culturas celulares e animais de pequeno porte. Várias simulações baseadas em Monte Carlo foram desenvolvidas no Geant4 para optimizar o sistema em estudo. Estas foram inicialmente validadas contra outro software como o SRIM/TRIM ix x Sumário e também contra resultados teóricos publicados. Os cálculos de dose foram feitos usando diferentes configurações para avaliar perfis de dose-profundidade e distribuições 2D.