Thread by @alebertolet

Como hoy es el Día Internacional de la Física Médica (#IDMP), para dar un poco de visibilidad no sólo a los físicos que trabajan en hospitales sino también a los que trabajamos en investigación, voy a explicar sucintamente mi tesis doctoral... hilito 👇 (1/22)

Nos centramos en radioterapia. Esta modalidad de tratamiento contra el cáncer tiene un principio muy simple: la radiación mata células vivas. Además, la radiación puede manipularse para dirigirse, así que el objetivo es acertar al tumor esquivando tejidos sanos (2/22)

Pero, ¿cómo mata la radiación células? Pues, fundamentalmente, a partir de interaccionar con el ADN de las mismas. Como sabéis, el ADN tiene una estructura de dos cadenas en forma de hélice replicando información genética. La radiación es capaz de romper estas cadenas (3/22)

La célula tiene mecanismos de reparación cuando la rotura es de una sola cadena (para eso tiene dos replicadas), pero cuando la radiación rompe las dos -esto se llama Double Strand Break (DSB)-, la cosa se pone más chunga (4/22)

Así, muchas DSBs producen daños irreparables que llevan a aberraciones cromosómicas, inutilidad de la célula o incluso su muerte. Cuando varias DSBs se juntan en paquetes o clusters, además, este tipo de destino fatal es bastante más probable (5/22)

Pues bien, la radioterapia convencional o habitual usa rayos gamma o rayos X, que interaccionan *poco* y *dispersamente* con las células del cuerpo. Esto significa que necesitas *muchos* rayos X para producir DSBs en las células y que están relativamente separaditas (6/22)

Sin embargo, hay otras modalidades de radioterapia... quizá os suenen los *protones*. A diferencia de los rX, los protones (y otros iones masivos como el carbono) interaccionan *mucho más densamente*: producen DSBs mucho más localizadas 👇 (7/22)

Esto significa que estas partículas matan más células con la misma energía de radiación (dosis). La efectividad biológica (RBE) relativa es la relación entre la dosis con rX y con protones para matar el mismo número de células, y debe tenerse en cuenta cuando usas protones (8/22)

¿Por qué? Pues porque en radioterapia se sabe, de estudios durante un siglo, las dosis de radiación necesarias CON RAYOS X para matar un tumor o para evitar efectos secundarios en tejido sano. Si quieres saber eso con protones, necesitas multiplicar por el RBE (9/22)

Estamos llegando ya, I promise😅. El RBE no es fijo para cada partícula sin más, sino que depende de la energía que lleve la misma. Un protón con mucha energía (va muy rápido) interacciona mucho menos localmente que otro con baja energía (va más lento) (10/22)

Why? Cuando va muy rápido apenas tiene tiempo de interaccionar con los electrones que se encuentra. El protón se frena conforme atraviesa materia (como un proyectil) y esto desemboca en el llamado pico de Bragg: al final, cuando son muy lentos, interaccionan MUCHO (11/22)

No sólo la dosis es mayor (más DSBs) al final del recorrido del protón: también las DSBs están más localizadas. Esto normalmente se caracteriza mediante una magnitud llamada linear energy transfer (LET): al final de su camino, el protón tiene mayor LET que al principio (12/22)

Esto en teoría nos lleva a una conclusión: dependiendo de un lugar u otro, el RBE es diferente. Sin embargo, aquí viene la realidad. El LET de los protones, incluso al final de su rango, no es demasiado alto, por lo que el RBE no es muy alto en ningún punto (13/22)

El problema práctico es: ¿cómo sé cuál es el RBE que corresponde a cada punto? Los efectos en pacientes (control del cáncer y/o efectos secundarios no deseados) no son inmediatos y muchos otros factores influyen. Se pueden hacer estudios in vitro con células, pero... (14/22)

... esto tampoco representa la realidad de un paciente. La incertidumbre es alta y el RBE no tanto (en promedio, los protones matan un 10% más eficazmente que los rX), por lo que, conclusión: en los tratamientos actuales con protones, se asume RBE 1.1 en todas partes (15/22)

En mi tesis, dirigida por @miancortes y Alejandro Carabe hemos usado una teoría/herramienta llamada *microdosimetría* para intentar predecir con un poco más de precisión el RBE específico en cada punto del paciente -modestamente, que no hemos arreglado el problema 😅 (16/22)

Básicamente, simulamos cómo interaccionan protones más rápidos y más lentos (es decir, de diferentes energías) en espacios muy pequeños -del orden de la micra-. Esto es parecido al LET, pero evitando algunos problemillas técnicos (17/22)

La idea fundamental es que estos patrones de interacción en espacios de estos tamaños se correlacionan bien con cuántas DSBs se producen en el núcleo de la célula (que tiene dimensiones de este orden) y, por tanto, cómo de mortales son estos protones (18/22)

Así que: 1) obtuvimos la microdosimetría de protones de diferentes energías y 2) creamos un método para calcular en un paciente qué protones de qué energías hay (esto se llama fluencia espectral) y... voila! Tienes microdosimetría en cada punto del paciente (19/22)

De ahí a obtener el RBE se usan modelos como el Microdosimetric Kinetic Model (MKM). Básicamente, esto es lo que hicimos: calcular un RBE variable en cada punto del paciente usando el MKM y distribuciones microdosimétricas (20/22)

¿Significa esto que ya hemos resuelto el problema del RBE en protonterapia? NOOO 😅😅. Por desgracia, el RBE depende no sólo de la física (microdosimetría), sino también de la biología y la clínica y sigue habiendo muchas otras variables en juego que no controlamos (21/22)

Pero al menos hemos contribuido a dar pasitos hacia esa dirección. Y sobre todo, nuestro método no sólo puede aplicarse a protones, sino también a otras partículas en las que el RBE sí crece mucho más y es *obligatorio* considerar su variabilidad. En esas estamos ahora 😉 (22/22)

Y nada, gracias si llegaste hasta aquí, que el temita puede ser complicado de seguir. ¡Feliz día de la Física Médica! (no olviden seguir a
@SEFM15)

Ah, y para más información: