Thread by @SEFM15

#IDMP ¿Quieres saber qué es la protonterapia? ¿cómo funciona? ¿Cómo la utilizaremos? ¿Qué esperamos de ella? Lee a los profesionales responsables de garantizar su uso preciso y seguro.

Especialistas en radiofísica hospitalaria: un siglo garantizando el uso seguro de la radiación. También de los protones. Por cierto, pronto celebramos nuestro día internacional #IDMP #7NMmeCurieHappybirthday

tandfonline.com/doi/pdf/10.108…

#IDMP #ConsultaSEFM Muchos pacientes se beneficiarán del uso de los equipos de #protonterapia que España instalará en los próximos años, como algunos ya lo han hecho de los dos que ya están funcionando @protonterapia @QS_Madrid

Los protones son partículas pesadas (o bariones, un tipo de hadrones) con carga eléctrica. Estas dos características son responsables de su peculiar forma de interaccionar con la materia, que los convierte en una interesante herramienta terapéutica.

Por tener carga interaccionan con muchos de los electrones de los átomos que encuentran a su paso, cediendo su energía de forma continua hasta su completa detención. Decimos que tienen un alcance limitado. Más allá de ese alcance la dosis es prácticamente nula.

Además, al final de su recorrido, cuando su energía es suficientemente baja, sufren una brusca pérdida de energía que denominamos pico de Bragg, en honor a su descubridor Sir H.W. Bragg.

Esto significaría una tremenda ventaja dosimétrica frente a los fotones o electrones utilizados habitualmene si el tumor tuviera un espesor del orden de 1 cm, como ese estrecho pico de Bragg. Pero raramente ese será el caso.

Si queremos irradiar un volumen con un espesor usual tendremos que utilizar haces de diferente energía de forma que sus picos de Bragg se sumen e irradien todo el volumen. Es lo que conocemos como SOBP (Spread Out Bragg Peak) y esto hace que mucha de esa ventaja desaparezca.

El gif del tuit anterior ha sido amablemente cedido por nuestro socio @alebertolet, un experto en protones que sin duda tendrá mucho que aportar en la implantación de esta tecnología en nuestro país.

Modular la energía del haz durante el tratamiento no es sencillo, ni de realizar ni de controlar. Así que el hecho de tener un alcance bien delimitado y un importante pico de Bragg es una ventaja, pero una ventaja no exenta de complicaciones e incertidumbres.

Ese alcance bien definido no se debe solo a su carga. Los haces de electrones recorren distancias bien definidas en función de su energía, pero con trayectorias sinuosas por lo que cada electrón alcanza una profundidad diferente y el alcance del haz no resultará tan bien definido

Debido a su enorme masa (en términos subatómicos) los protones apenas cambian su dirección de movimiento al interaccionar con los electrones del medio, no se dispersan, por lo que su alcance sí resulta muy definido.

Los haces de fotones empleados habitualmente depositan dosis más altas antes de alcanzar el volumen blanco. Para conseguir administrar dosis más altas en ese volumen necesariamente deberemos recurrir al uso de varios haces con incidencias diferentes.

Una combinación adecuada de haces de fotones puede producir distribuciones de dosis perfectamente adaptadas al tumor, tanto o más que los haces de protones, pero todo tiene un precio.

En este caso el precio es la irradiación a dosis bajas de un volumen importante de tejido, lo que denominamos el “baño de dosis”

Estas dosis no suponen, en general, una amenaza para la salud del paciente, pues están muy por debajo de los valores de dosis que producen en los tejidos daños por muerte celular (efectos deterministas)

Pero implican un incremento de riesgo de cáncer radioinducido a lo largo de la vida y este riesgo es mayor cuanto más joven es el paciente, pues sus tejidos son más proliferativos y además tendrá más tiempo para desarrollarlo.

Por esta razón, ciertos tratamientos de pacientes pediátricos son unas de las indicaciones más adecuadas de la protonterapia. Afortunadamente, el número de casos es pequeño.

¿Y qué podemos decir de su eficacia biológica? Se afirma con frecuencia que los protones tienen mayor eficacia biológica que los fotones o los electrones, pero ¿es cierto? ¿es relevante? ¿es útil?

La respuesta corta: No . La respuesta larga viene a continuación.

La eficacia biológica de una radiación está relacionada con su transferencia lineal de energía (LET) que determina qué densidad de ionización produce . En general, a mayor LET las ionizaciones se concentran y producen daños más letales e irreparables en el ADN.

Los protones tienen una LET mayor que fotones y electrones, sí, pero hay cuatro problemas para que esto sea útil en términos de eficacia biológica relativa (RBE), que es la medida que utilizamos para cuantificar la letalidad celular de cada forma de radiación.

El primer problema es su magnitud. Aunque la LET de los protones puede ser muy alta cuando el protón tiene muy baja energía (al final del recorrido) lo cierto es que en la práctica, es difícil superar valores RBE de 1.2 en el tumor, y un valor de 1.1 se usa de forma estándar.

El segundo problema, su variación a lo largo del recorrido. La LET de los protones aumenta al reducirse su energía, y por tanto aumenta conforme estos penetran en el medio, lo que dificulta el cálculo de la distribución de dosis y la prescripción.

El tercer problema es que en la práctica, los valores más altos de LET, aquellos que sí implican una diferencia significativa de efecto biológico, los encontraremos más allá del pico Bragg y del SOBP, es decir, fuera de la zona tratada.

Afortunadamente este problema no es grave , dado que en esa región las dosis serán bajas y poco dañinas, a pesar de su mayor eficiencia radiobiológica. Al menos así se asume hoy día, aunque es necesario seguir investigando sobre ello.

Y 4º problema (último pero no menor): la RBE depende del tipo de tejido. En los tejidos muy proliferativos (tumores, p.ej. con alfabeta alto) la RBE toma valores menores que 1.1, mientras en tejidos sanos (poco proliferativos y alfabeta bajo) puede llegar a ser mayor de 1.5.

Es decir, la mayor LET/RBE no solo no es necesariamente beneficiosa sino que puede jugar contra la ventaja terapéutica del uso de los protones.

Mañana seguimos con la producción de los haces de protones y la tecnología e infraestructura asociada.

¿Cómo producimos los haces de protones? El tener carga eléctrica los hace susceptibles de ser acelerados, eso sí, al tener tanta masa deberemos emplear para ello intensos campos electromagnéticos.

Y cuando decimos intensos es que tienen que ser realmente intensos. Los equipos necesarios para poder acelerarlos son mucho más grandes y difíciles de manejar que los empleados para acelerar los poco pesados electrones que son hoy habituales en los servicios de radioterapia.

Se trata de aceleradores de tipo "circular" en los que los protones van siendo progresivamente acelerados hasta alcanzar la energía requerida, que dependerá de la profundidad que debemos alcanzar para tratar a cada paciente.

Se utilizan 2 tipos de aceleradores: ciclotrones y sincrociclotrones, con diferente complejidad y versatilidad. Cada uno tiene ventajas e inconvenientes. Nosotros debemos ponderarlas para elegir, en cada caso, la opción que mejor se adecua a las necesidades de nuestros pacientes

Ciclotrones o sicrociclotrones, herederos de aquellos desarrollados por Ernest Lawrence y su equipo en Berkeley

Por cierto, Lawrence fue maestro de Robert R Wilson, quien propuso por primera vez el uso terapéutico de los protones en un artículo seminal pubs.rsna.org/doi/pdf/10.114…

Estos aceleradores circulares tienen algunos metros de diámetro y un peso enorme, pues requieren de enormes electroimanes para mantener los protones en la órbita de aceleración. Pero ahí no termina todo.

El acelerador en sí permanece fijo en su ubicación. Es necesario llevar los protones acelerados hasta la sala y el cabezal de tratamiento, donde el haz toma la forma requerida. Estos caminos del haz son también complejos, voluminosos y pesados.

Si además queremos que el haz pueda incidir sobre el paciente desde cualquier ángulo (lo que en muchos casos es deseable o imprescindible), entonces ese cabezal deberá montarse en un soporte giratorio, que llamamos "gantry"

Y ese soporte debe ser a su vez muy grande y rígido para soportar, sin deformaciones que puedan impactar en la calidad del tratamiento, todo el peso de la guía del haz, y esto es un todo un logro de ciencia e ingeniería.

Los diseños actuales son cada vez más compactos y ligeros, y eso ha permitido reducir los costes de instalación y llevar esta tecnología hasta los centros hospitalarios, que son su lugar "natural" (foto de Luca Lorenzi)

Los electrones que utilizamos en los aceleradores clínicos actuales se extraen de un filamento incandescente por efecto termoiónico, pero ¿de donde salen los protones de la protonterapia?

El hidrógeno es un elemento muy común y su isótopo más abundante está constituido por un protón al que se une un electrón cortical. Basta arrancar este electrón, lo que es relativamente sencillo, para tener un protón libre.

El haz generado y acelerado tiene una muy pequeña sección, insuficiente para tratar un volumen del tamaño que suelen tener los tumores que pretendemos curar

Para conseguir que ese haz pueda irradiar todo ese volumen tenemos dos opciones: o expandirlo haciéndole chocar con una delgada lámina densa (haz dispersado o pasivo) o hacerlo “barrer” el volumen moviendo ese haz delgado mediante campos magnéticos (haz barrido o activo)

El haz barrido implica una mayor complejidad tecnológica y dosimétrica. Medir las características de los haces barridos no es un asunto sencillo. Pero implica muchas ventajas clínicas, que han hecho que esta tecnología se imponga.

Y si debemos cambiar la energía para "barrer" el volumen tumoral ¿como lo haremos?... de eso hablaremos mañana ;-)