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REVISIÓN
Aplicación de la radioterapia con radiación sincrotrón
y de la quimioterapia con cisplatino en el tratamiento
de los gliomas cerebrales
69.656
Salvador Ferrer
ALBA Edificio Ciencias. C-3 central UAB. Bellaterra. Barcelona. España.
Las aplicaciones de la radiación sincrotrón en medicina datan de más
de una década. En particular, en cuanto al sincrotrón de Grenoble
(ESRF), desde hace varios años un equipo de investigadores dirigido
por el Dr. F. Esteve trabaja sobre tratamientos de radioterapia para
curar tumores cerebrales. Recientemente ha obtenido un nuevo resultado muy prometedor.
El glioma es el tipo de tumor cerebral más frecuente en el adulto y la
supervivencia media de los pacientes aquejados de una forma avanzada es inferior a un año. La radioterapia tradicional se utiliza de forma
paliativa, puesto que este tipo de tumor se encuentra entre los más
resistentes a tratamientos radioterapéuticos. En la mayor parte de casos la quimioterapia o la cirugía son ineficaces. Los experimentos realizados en el ESRF se han llevado a cabo en ratones con gliomas y
consisten en inyectar cisplatino a los tumores, y a continuación irradiarlos con radiación monocromática intensa.
La supervivencia media de los ratones enfermos no tratados es de 28
días. Mediante el uso solamente del cisplatino, ésta se alarga a 48
días. Sin embargo, con la asociación de los dos tratamientos la supervivencia media alcanza 206 días, lo que supone 6 veces más respecto a los ratones no tratados. Un año después del tratamiento, un 34%
de los animales permanece vivo, resultado nunca obtenido hasta ahora en este tipo de tumores resistentes a radioterapia.
Palabras clave: Radiación sincrotón. Radioterapia. Gliomas cerebrales.
Radiation therapy with synchrotron radiation and cysplatinebased chemotherapy as a treatment of gliomas
The application of synchrotron radiation in medicine dates back to
more than one decade. In particular, a team of researchers led by Dr.
F. Esteve has been working for several years in the Grenoble
Synchrotron (ESRF) on radiotherapy treatments to heal brain tumors.
The team has recently obtained a very promising new result.
Gliomas the commonest brain tumor in the adult and the mean
survival in advanced disease patients is lower than one year.
Conventional radiation therapy is used palliatively since it is one of
the most radiotherapy-resistant tumors. Moreover, chemotherapy and
surgery have no utility in most cases. Experiments at the Grenoble
Synchrotron have been carried out in mice with gliomas and they
consist of injecting cysplatine into the tumors so that an intense
monochromatic radiation is applied afterwards.
Half-life of sick untreated mice is 28 days. With the use of cysplatine
alone, it expands to 48 days. However, the association of two
treatments supposes a half-life of 206 days (six times greater than in
untreated mice).
After one year of treatment, 34% of animals remain alive, which
constitutes a result never seen before in this type of radio-resistant
tumors.
La línea médica
La radiación sincrotrón es electromagnética (infrarroja, visible, ultravioleta, rayos X) y está generada por electrones
que se mueven casi a la velocidad de la luz en aceleradores circulares. La radiación se emite en la dirección tangente a la trayectoria de los electrones y su distribución espacial es parecida a la de la luz generada por los láseres:
los haces son poco divergentes y muy brillantes. Sin embargo, la distribución espectral es distinta. Los láseres que
habitualmente se usan como punteros para señalar objetos
emiten luz de un solo color (monocromático): el rojo. La radiación sincrotrón generada en los aceleradores de electrones es policromática, lo que supone un inconveniente en
algunas aplicaciones. En los experimentos que se exponen,
la radiación utilizada era monocromática, de una longitud
de onda de 0,016 nm, que corresponde a rayos X duros y
que es 40.000 veces más corta que la luz roja de un puntero láser. Los haces de rayos X tienen un paralelismo algo
mayor que el de los láseres habituales. La figura 1 muestra
de manera esquemática el conjunto de dispositivos experimentales.
El haz policromático generado por el acelerador de electrones se hace monocromático mediante una doble difracción
en cristales perfectos de silicio. Los cristales de silicio actúan como un filtro de longitudes de onda y permiten seleccionar la que se desee con una precisión (monocromaticidad) de unas partes en 10.000. Típicamente un haz
monocromático procedente de un sincrotrón moderno tiene
un flujo de unos 1013 fotones por segundo, que viene a ser
unas 100 veces menor que el flujo de un láser rojo comer-
Key words: Synchrotron radiation. Radiotherapy. Gliomas.
A continuación se describen la línea de luz que genera la
radiación sincrotrón y el método experimental llevado a
cabo y se expondrá un resumen de los resultados obtenidos.
Correspondencia: Dr. S. Ferrer.
ALBA Edifici Ciències. C-3 central. UAB.
08193 Bellaterra. Barcelona. España.
Recibido el 8-7-2004; aceptado para su publicación el 27-10-2004.
39
Fig. 1. Esquema del dispositivo experimental. El acelerador circular de electrones genera radiación electromagnética dirigida según la tangente a la órbita. El monocromador selecciona una longitud de onda bien definida que se
puede variar según los requerimientos del experimento. Mediante diversos
espejos (que no se muestran en la figura), el haz se hace incidir en la muestra, que en este caso es un ratón con un tumor cerebral posicionado con precisión en un eje de rotación vertical. Los rayos X transmitidos son detectados
en este caso con un detector bidimensional que permite realizar imágenes
mostrando contraste debido a diferencias de absorción en distintas partes de
la muestra.
Med Clin (Barc). 2005;124(7):271-3
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FERRER S. APLICACIÓN DE LA RADIOTERAPIA CON RADIACIÓN SINCROTRÓN Y DE LA QUIMIOTERAPIA CON CISPLATINO EN EL TRATAMIENTO
DE LOS GLIOMAS CEREBRALES
1
1
A
0,8
Fracción de supervivencia
0,8
Fracción de supervivencia
B
0,6
0,4
0,2
0,6
0,4
0,2
0
0
0
50
100 150 200 250 300
Tiempo de supervivencia (días)
350
400
0
50
100 150 200 250 300
Tiempo de supervivencia (días)
350
400
Fig. 2. Curvas de supervivencia de Kaplan-Meier de ratones con glioma F98 sometidos a los tratamientos indicados. La supervivencia se representa frente al
tiempo (días) después de la inoculación del tumor. A: 7, controles sin tratamiento; X, 3 µg de cisdiaminadicloroplatino (CDDP) solamente; –, 15 Gy solamente;
B 3 µg de CDDP combinados con irradiación a 78,0 keV; 3 µg de CDDP combinados con irradiación a 78,8 keV. B: la comparación es entre fracciones de supervivencia obtenidas en dos series distintas de experimentos con 3 µg de CDDP combinados con irradiación (15 Gy) a 78,0 (B) o 78,8 keV (,). Los datos de
los experimentos 1 y 2 están representados por líneas continuas y punteadas, respectivamente. La zona de confianza situada bajo la curva (gris) combina la
fracción de supervivencia de controles sin tratamiento, ratones tratados con 3 µg de CDDP y ratones tratados con 15 Gy.
cial de luz roja. Tal como se esquematiza en la figura 1, el
haz monocromático incide sobre la muestra que está montada en una mesa rotatoria con un eje vertical1.
Metodología y detalles instrumentales
La ventaja de los sincrotrones frente a los generadores convencionales de rayos X es que proporcionan un flujo monocromático unas 105 veces más intenso. Además, la longitud de
onda de los rayos X es ajustable en una amplia gama. En los
últimos 5 años se han desarrollado varias técnicas terapéuticas que hacen uso de la radiación sincrotrón. Por ejemplo, el
tratamiento de radiación con microhaces que se basa en un
conjunto de haces paralelos se ha usado con éxito en ratas
utilizando dosis de varios cientos de Gy sobre los tumores.
Un concepto teórico importante en las técnicas de irradiación recientes es que si se irradian átomos de elementos
pesados (de alto número atómico) con rayos X de energía
mayor que la necesaria para ionizar los valores electrónicos
profundos (valores K) de esos elementos, entonces la probabilidad de absorción de la radiación es alta. Una vez absorbida, los átomos excitados liberan gran cantidad de energía en forma de fotoelectrones o electrones Auger, que son
dos mecanismos de relajación de la energía acumulada en
el átomo. Estos electrones liberados en el átomo absorbente
son muy eficaces para romper enlaces químicos de moléculas que se encuentren en su proximidad y de esta forma
producen un daño irreversible en el ADN de células cancerosas. Por tanto, un método ideal de tratamiento anticanceroso sería la quimiorradioterapia que combine la radiación
sincrotrón con compuestos de átomos pesados que se enlacen con el ADN de las células cancerosas. Uno entre ellos
que se usa ampliamente es el cisdiaminadicloroplatino
(CDDP). Se realizaron experimentos con energías ligeramente superior e inferior al borde K del Pt (78,4 keV). En el
segundo caso la absorción de rayos X es sensiblemente mayor y se debería producir más modificación del ADN.
Las células cancerosas se trataron con CDDP durante varias
horas y posteriormente se irradiaron en una suspensión en
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Med Clin (Barc). 2005;124(7):271-3
el interior de un tubo de plástico. El haz de rayos X tenía
unas dimensiones de 0,85 mm de alto y 8 cm de ancho y la
irradiación se hacia barriendo verticalmente el haz, lo que
equivalía a una dosis de 0,1 Gy por barrido. La cuantificación de las roturas de las dobles hélices del ADN se hacía
con técnicas de electroforesis2,3.
En los experimentos se usaron ratones anestesiados a los
que se les había inoculado el tumor inyectando unas
1.000 células de tipo F98 en el cerebro a una profundidad
de 6 mm. Los tumores se dejaron crecer durante 13 días,
lo que daba lugar a un índice medio de supervivencia de
26 días. Durante el día 13 se inyectaba una dosis de
CDDP de entre 3 y 5 µg. El contenido de Pt se evaluaba
midiendo la radiación fluorescente cuando las muestras se
observaban en el microscopio de rayos X de la línea ID21
del ESRF.
Los ratones se irradiaban con radiación monocromática
mientras estaban girando alrededor de un eje de giro vertical centrado en el tumor. El tamaño del haz era de 0,85
mm vertical por 10 mm horizontal. A la entrada de la piel la
dosis era de 0,3 Gy/s. Como el coeficiente de absorción lineal de los rayos X era de 0,18 cm–1, la dosis se había reducido un 24% al llegar al tumor. La velocidad de rotación se
ajustaba para que las dosis en el tumor fueran de 15 Gy.
Después de la irradiación, a fin de determinar si el tumor
había desaparecido o no, se adquirían imágenes usando
agentes de contraste con yodo y rayos X de 35 keV.
Resultados
La afectación del ADN (DSB: rotura de la doble hélice, double strand breaking) se examinó en células de glioma F98
pertenecientes a ratones que se irradiaron con rayos X de
energías comprendidas entre 30 y 85 keV. Las células irradiadas con rayos X de 30, 40 y 85 keV mostraron 3 veces
menos de DSB que las irradiadas con rayos X de energías
78,0 y 78,8 keV, lo que indica un efecto claro de proximidad del borde de absorción del Pt. A continuación se examinó la velocidad de regeneración del ADN afectado. Cuan40
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DE LOS GLIOMAS CEREBRALES
do la energía era ligeramente superior al borde de absorción, la velocidad de regeneración era en promedio unas
1,6 veces menor que la correspondiente a la energía ligeramente por debajo del borde K. En conclusión, los datos parecen indicar que la irradiación con una energía ligeramente
superior a la del borde de absorción era la más eficaz para
afectar al ADN del tejido canceroso.
Por otro lado, el tratamiento de las células solamente con
CDDP no dio lugar a ninguna cantidad detectable de DSB.
Los resultados más interesantes se encontraron cuando se
combinaron la irradiación con radiación sincrotrón y el
CDDP. Esto se llevó a cabo en ratones con glioma F98. El
volumen del tumor era un 15% del volumen cerebral. Los
tratamientos eran típicamente de 5 µg de CDDP y dosis entre 5 y 15 Gy. El tiempo medio de vida de los ratones no tratados era de 26 días. La inyección de CDDP aumentó la
vida media hasta 38 días. Con radiación sincrotrón solamente el tiempo de vida medio aumentaba entre 5 y 22
días, según la dosis. La combinación de CDDP y radiación
sincrotrón produjo un aumento de 27 días para dosis entre
5 y 10 Gy. Cuando se irradiaron 15 Gy con rayos X de energías 78,0 y 78,4 KeV los aumentos respectivos de vida media fueron de 188 y 168 días. Este tratamiento parecía ser
el más eficaz y se aplicó sistemáticamente a un conjunto de
ratones con glioma F98. La figura 2 muestra la curva de supervivencia in vivo y evidencia un aumento obvio de la supervivencia asociado al tratamiento conjunto. Un año después del tratamiento de 3 µg de CDDP y 15 Gy de radiación,
el 33% de los animales seguían vivos.
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Conclusiones
La supervivencia media (206 días) obtenida en ratones tratados con 3 µg de CDDP e irradiados a 78,0 y 78,8 keV (15
Gy) es el resultado mayor de supervivencia del glioma F98.
En las dos series de experimentos, alrededor del 34% de los
ratones sobrevivió un año después del tratamiento con aspecto saludable. Hasta ahora, el tratamiento basado en la
captura de neutrones por átomos de boro se consideraba la
más eficiente. En gliomas F98, usando las mismas condiciones que en este trabajo, se obtuvieron valores de supervivencia media de 72 días.
Estos resultados experimentales son muy prometedores y
auguran una intensa actividad científica en esta área en los
próximos años.
Agradecimientos
Agradezco al Dr. F. Esteve que me haya proporcionado el material
para escribir este artículo y a la Dra. H. Ellaume su información y
las figuras relativas a la línea médica del ESRF.
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
1. Esteve F. ESRF highlights 2003; p. 98. Disponible en: http.//www.esrf.fr/
UsersAndScience/Publications/Highlights/2003
2. Biston MC, Joubert A, Adam JF, Elleaume H, Bohic S, Charvet AM, et al.
Cure of Fisher rats bearing radioresistant F98 glioma treated with platinum
and irradiated with monochromatic synchrotron X-ray. Cancer Res. 2004;
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3. Adam JF, Elleaume H, Joubert A, Biston MC, Charvet AM, Baloso J, et al.
Synchrotron radiation therapy of malignant brain glioma loaded an iodinated contrast agent: first trial on rats bearing F98 glioma. Int J Radiat Oncol
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Med Clin (Barc). 2005;124(7):271-3
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