Разработка методов планирования и оптимизации комбинированных (бинарных) технологий лучевой терапии» (шифр: «Облучение-1»)

АктуальностьКлючевым моментом для повышения терапевтической эффективности лучевой терапии является «контрастность», которая заключается в максимизации дозы ионизирующего излучения, подведённой к опухоли и минимизации дозы облучения, полученной здоровыми тканями и органами. Широко используемые современные методы лучевой терапии основаны на «физическом» нацеливании излучения на опухоль. Такое нацеливание реализуется за счёт коллимации и фокусировки внешнего пучка излучений на область расположения опухоли и создания объёмного распределения дозы, максимально соответствующей объёму опухоли. К таким технологиям можно отнести лучевую терапию с модуляцией интенсивности (IMRT/IGRT/VMAT), а также методы стереотаксической лучевой терапии и радиохирургия. Главной сложностью физического нацеливания является точное определение границ опухоли и критических органов, что невозможно сделать с необходимой точностью.Для обеспечения высокой контрастности при облучении используется также «биологическое» нацеливание, которое реализуется в комбинированных (бинарных) технологиях лучевой терапии: фотон/нейтрон захватная терапия, химиолучевая терапия и др. В этом случае локализация выделения энергии в опухоли производится за счет повышенной концентрацией препаратов, содержащих элементы с большим сечением взаимодействия с излучением. Для фотонов такими элементами являются элементы с высоким Z (гадолиний - 64Gd, платина - 78Pt, золото - 79Au, висмут - 83Bi и др.), для нейтронов это бор - 10B и гадолиний - 157Gd. Таким образом, в комбинированных технологиях терапии наведение на цель выполняется повышенной концентрацией специальных препаратов в опухоли, а не нацеливанием пучка излучения.Несмотря на то, что в среднем по всему миру 26% пациентов лечатся химиолучевой терапией и то, что этот метод является основным при раке легкого и молочной железы (а при детском раке эта доля еще выше), отсутствуют научно обоснованные методы планирования этой терапии.До сих пор планирование химиолучевой терапии в значительной степени основаны на клиническом опыте и в некоторой степени на результатах клинических испытаниях. Причем биоматематическое моделирование не используется. Это резко контрастирует с процедурами обычной лучевой терапии, где расчетная оптимизация доставки поглощенной дозы, графиков фракционирования сыграла важную роль в течение последних десятилетий. Кроме того, несмотря на очевидную важность изменений в планировании облучения и дозировке химиотерапевтических препаратов, эти методы обычно рассматриваются отдельно и предпринимаются только эвристические попытки оптимизировать их комбинированное применение. Так, например, оптимальный график комбинированного химиолучевого лечения с цисплатином (78Pt) все еще находится в стадии изучения. Ни оптимальный временной интервал, ни наиболее адекватная последовательность введения цисплатина и облучения не установленыЦель работыРазработка и научное обоснование методов оптимального планирования комбинированных (бинарных) технологий лучевой терапии с использованием радиобиологических моделей и основанных на них макроскопических радиобиологических критериев эффективности.Задачи работы1. Оценка уровня состояния проблемы на основе анализа мировых и отечественных результатов в области традиционных и комбинированных (бинарных) методов лучевой терапии. Проведение патентных исследований.2. Исследование механизмов комбинированных воздействий в радиационной терапии злокачественных новообразований и возможностей математического моделирования этих процессов.3. Анализ и развитие существующих математических моделей клеточной гибели при облучении, в полной мере учитывающие основные базовые принципы современной радиотерапии и модифицирующее действие специальных препаратов.4. Разработка математических моделей радиационного поражения клеток с учетом неоднородности микрораспределения поглощенной дозы и сопутствующего оксидативного стресса при комбинированном воздействии препаратов и излучения.5. Разработка моделей фармакокинетики/фармакодинамики препаратов, содержащих элементы с высоким Z, для использования их в задачах оценки эффективности комбинированных методов лучевой терапии.6. Оценка адекватности разработанных моделей по результатам экспериментальных исследований кинетики роста перевивных опухолей после лучевых воздействий в присутствии препаратов с элементами с высоким Z.7. Разработка критериев оценки результатов комбинированной радиотерапии, определяемых лучевыми реакциями в опухолях и нормальных тканях на основе макроскопических радиобиологических функционалов: вероятность контроля опухоли (TCP) и вероятности радиационных повреждений нормальных тканей (NTCP).8. Разработка и реализация методов оценки эффективности комбинированной лучевой терапии злокачественных новообразований с использованием макроскопических радиобиологических критериев и дозиметрических планов лучевой терапии.9. Разработка рекомендаций по оценке эффективности дозиметрических планов комбинированных технологий лучевой терапии по макроскопическим радиобиологическим критериям.