Presentación

Report
Algunos Conceptos de
Radiobiología del
Tratamiento del cáncer por
captura neutrónica de boro
(BNCT)
Mgter Teresita Roldán
Alumna Doctorado en Ciencias-Mención Física
Director: Dr Andrés Kreiner
Noviembre 2010
TEMARIO
Fundamentos de BNCT
Radiobiología: conceptos importantes
Agentes portadores de Boro:
optimización en BNCT.
Características dosimétricas del
campo de radiación mixto en BNCT
RBE ( Eficacia Biológica Relativa)
CBE: Efectividad Biológica Relativa
del Compuesto.
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Algunos conceptos de Radiobiologia de
BNCT
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Fundamentos de BNCT
Terapia Binaria
Sustancia portadora de boro
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Flujo de neutrones térmicos o
epitérmicos adecuado
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BNCT
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Fundamentos de BNCT
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BNCT
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Fundamentos de BNCT
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Fundamentos de BNCT
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BNCT
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Algunos conceptos de Radiobiologia de
BNCT
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BNCT en el Mundo
FiR-1
UK
MIT
LBL
Rez
Budker
& IPPE
MITR-II
HFR
LNL
Japón
Japón
Pavia
Beijing
CNEA
RA-6
CNEA
Reactores
Estudios con Aceleradores
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BNCT
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Fundamentos de BNCT
Radiobiología: conceptos importantes
Agentes
portadores
de
Boro:
optimización en BNCT.
Características
dosimétricas
del
campo de radiación mixto en BNCT
RBE ( Eficacia Biológica Relativa)
CBE: Efectividad Biológica Relativa
del Compuesto.
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Radiobiología conceptos
importantes
RADIOBIOLOGIA
Es el estudio de la acción de las
radiaciones ionizantes en los seres vivos.
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Algunos conceptos de Radiobiologia de
BNCT
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RADIACIONES IONIZANTES
•
DIRECTAMENTE IONIZANTES:
•
Partículas cargadas, tales como electrones,
protones, partículas alfa, que ionizan por medio
de la Fuerza de Coulomb entre partículas. Hay
un espesor de material que las frenará
completamente.
•INDIRECTAMENTE
IONIZANTES :
•Especies
no
cargadas,
tales
como
cuantos
electromagnéticos (fotones) y neutrones, que sufren
interacción liberando partículas cargadas energéticas . NO
hay espesor que las elimine completamente, hay
atenuación creciente con el aumento de espesor.
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Radiobiología conceptos importantes

La Transferencia Lineal de Energía (LET)
es una medida de la densidad de la
ionización producida cuando la radiación
penetra en los tejidos.
Para
partículas de alta LET, se produce una gran
densidad de ionizaciones a lo largo de la trayectoria
de la misma, resultando en un aumento del efecto
biológico comparada con la misma dosis física
debida a radiación de baja LET. Usualmente esta
relación se denomina Efectividad Biológica Relativa
(EBR)
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Características de las radiaciones principales
producidas en la reacción [10B (n,α) 7Li].
Partícula
Energía
(MeV)
Range
(μm)
LET
medio
(keV/μm)
α
1.47
9
196
7Li
0.84
5
162
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Radiobiología conceptos importantes
¿Cómo se originan los daños?
La radiación transfiere energía a las moléculas de las células de
los tejidos biológicos. Como resultado de esta interacción las
funciones de las células pueden deteriorarse de forma temporal
o permanente y ocasionar incluso la muerte de las mismas.
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Radiobiología conceptos importantes
EFECTOS BIOLÓGICOS DE LAS RADIACIONES
El núcleo es la estructura celular más sensible a las
radiaciones. En él se almacena la información genética
dentro de la molécula de ADN. Sin embargo, fuera del
núcleo, también hay estructuras celulares sensibles a los
efectos radioinducidos. Tal es el caso de las organelas
vinculadas con el metabolismo aerobio, así como el sistema
de endomembranas y la membrana celular.
Modelo de ADN
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Algunos conceptos de Radiobiologia de
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Radiobiología conceptos importantes
Cuando un sistema biológico es irradiado, La
modificación de ese sistema se produce a
través de un efecto directo (radiación de alta
LET, causando ionización y excitación
molecular) y de un efecto indirecto
(radiación de baja LET, produciendo la
radiolisis del agua y dando lugar a iones y
radicales
libres
que
interactúan
posteriormente con las moléculas blanco por
ejem: peróxido de hidrógeno)
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Radiobiología conceptos importantes
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Radiobiología conceptos importantes
Una irradiación puede producir
distintos tipos de lesiones en la
molécula de ADN:
¤ Rupturas de cadenas (simples o
dobles).
¤ Alteración de las bases
nitrogenadas.
¤ Oxidación de azúcares.
¤ Formación de dímeros entre
dos bases.
¤ Formación de puentes entre las
dos cadenas del
ADN (cross
links).
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“ El tipo y la magnitud del daño
dependen del tipo de radiación, de su
energía, de la dosis absorbida (energía
depositada), de la zona afectada y del
tiempo de exposición ”
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BNCT
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Radiobiología conceptos importantes
Cuando se produce una irradiación, el tiempo entre dos eventos ionizantes
es importante porque es el intervalo en el cual la célula puede poner en
marcha mecanismos de reparación o de adaptación a la injuria. Esto es, a
mayor tiempo entre dos eventos subletales mayor es la probabilidad de
recuperación del daño.
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Fundamentos de BNCT
Radiobiología: conceptos importantes
Agentes portadores de Boro
Características
dosimétricas
del
campo de radiación mixto en BNCT
RBE ( Eficacia Biológica Relativa)
CBE: Efectividad Biológica Relativa
del Compuesto.
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Agentes portadores de Boro
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


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


Características del 10B:
Una de las mayores secciones eficaces de captura.
Isótopo estable, disponible, abundancia aproximada del 20% del boro
natural
Las partículas emitidas por la reacción 10B(n,α)7Li tienen una LET
(Transferencia Lineal de Energía) alto y corto rango (~diámetro celular).
Propiedades químicas especiales.
Los compuestos borados comercialmente disponibles que se emplean en
ensayos clínicos son:
Borocaptato de sodio (BSH).
Borofenilalanina (BPA, BoronoPhenylalanine).
Ambos han demostrado ser no-tóxicos en el rango de dosis empleado
(12-90 microgr/gr de peso para BPA y 20-120 microgr/gr de peso para
BSH).
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Agentes portadores de Boro
Estructura química de los compuestos de
Boro
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Agentes portadores de Boro
El BPA fue sintetizado a fines de 1950 para su
posible uso en BNCT. Y se utilizó en los ensayos
clínicos de la década del `60.
 El BPA es transportado a través de la barrera
sangre-cerebro en el cerebro normal.
 La concentración promedio de boro en tumor
(glioma o melanoma) es de dos a cuatro veces
mayor en tumor que en sangre y cerebro. Esta
diferencia aparentemente no se relaciona con la
actividad mitótica
 La razón bioquímica para la captación preferencial
de BPA en el tumor está relacionada a una elevada
tasa de
transporte de aminoácidos en la
conceptos de Radiobiologia de
membrana de laAlgunos
célula
tumoral
BNCT
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
Agentes portadores de Boro




BSH no cruza la barrera hematoencefálica intacta en el
cerebro normal, pero se acumula en los tumores cerebrales,
debido a que los vasos sanguíneos en los tumores
intracraneales pierden el apropiado funcionamiento como
barrera sangre-cerebro.
Se ha reportado que BSH se transporta en la sangre como
un complejo disulfuro con albúmina sérica.
Los valores promedios para el cociente concentración de
boro en tumor a sangre se halla en el rango de 1.3:1 a 2:1.
Estos relativamente bajos cocientes sugieren que la
difusión pasiva desde la sangre a través de una incompleta
barrera sangre-cerebro es el primer modo de acumulación
del boro.
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
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Fundamentos de BNCT
Radiobiología: conceptos importantes
Agentes
portadores
de
Boro:
optimización en BNCT.
Características
dosimétricas
del
campo de radiación mixtos en BNCT
RBE ( Eficacia Biológica Relativa)
CBE: Efectividad Biológica Relativa
del Compuesto.
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Características dosimétricas del campo
de radiación mixtos en BNCT
Energía cinética de haces de neutrones
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Tipo de haz
Rango
Térmico
En < 0.5 eV
Epitérmico
0.5eV<En< 10 keV
Rápido
En > 10 keV
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Características dosimétricas del campo
de radiación mixtos en BNCT
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Características dosimétricas del campo
de radiación mixtos en BNCT




El campo de radiación producido en el tejido durante la
terapia con BNCT, consiste de tres componentes con
diferentes LETs característicos.
a) Rayos γ de baja LET, resultantes principalmente de la
captura de neutrones térmicos por los átomos de hidrógeno
del tejido normal [1H(n,γ)2H]
b ) Protones de alta LET, producidos por dispersión de
neutrones rápidos y por la captura de neutrones térmicos
por átomos de nitrógeno, 14N(n,p)14C
c )Partículas α y núcleos de Li de alta LET, liberados como
productos de la reacción 10B (n,α ) 7Li.
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Características dosimétricas del campo de radiación mixtos en
BNCT
Haz de neutrones Epitérmico del Reactor de Investigación Médica de Brookhaven( BMRR)
a lo largo del eje del haz en función de la profundidad
Dosis
Total
Dosis
gamma
Total
Dosis captura
Nitrógeno
Dosis
rápida
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Dosis 10B
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





Fundamentos de BNCT
Radiobiología: conceptos importantes
Radiobiología aplicable a BNCT.
Agentes portadores de Boro: optimización
en BNCT.
Características dosimétricas del campo de
radiación mixtos en BNCT
Factores de Eficacia Biológica
Relativa (RBE).
CBE: Efectividad Biológica Relativa
del Compuesto.
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Factores de Efectividad Biológica Relativa (RBE)
para las componentes de dosis de Alto LET en
BNCT.
Gy-Eq en BNCT
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Factores de Efectividad Biológica Relativa
(RBE) para las componentes de dosis de Alto
LET en BNCT.
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Factores de Efectividad Biológica del Compuesto
(CBE) para la reacción 10B (n,α ) 7Li .
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Parámetros típicos para el cálculo de
la dosis en BNCT
Concentración y EBR para tejido
tumoral y sano.
Tejido
Tumoral
Concentración
de 10B(ppm)
EBR
40
3.8
11.4
1.35
Tejido Sano
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Parámetros típicos para el cálculo
de la dosis en BNCT
Reacciones y EBR para cada rango de energía
de neutrones
Tipo de haz
Reacción
Tejido
Sano
Tejido
Tumoral
Térmico
10 B
(n,α)7Li
14N(n,p)14C
1.35
3.2
3.8
3.2
Epitérmico
10 B
1.35
2
2
2
3.2
1
3.2
1
Rápido Dosis
Gamma
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(n,α)7Li
14N(n,p)14C
1H
(n,n´) 1H
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Cálculo de la dosis en BNCT

El uso de CF (Factor de Compuesto) y del
EBR(Eficacia Biológica relativa) hace posible sumar
las diferentes componentes y expresar la dosis de
fotón equivalente Dtot en Gray-equivalente (Gy-Eq.):
Dtejido= DN EBRráp + D14N EBR14N + Dγ
EBRfotón + D10B EBR 10B
Dtejido = es la tasa de dosis equivalente total para tumor o tejido sano
DN = Dosis debida a neutrones rápidos
D14N= Dosis debida a captura en Nitrógeno
Dγ = Dosis debida a fotones gamma
D10B = Dosis debida a captura en 10B
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En resumen






BNCT es una técnica de tratamiento de cáncer
binaria
Requiere de:
un compuesto de 10B adecuado
Haz de neutrones (témico o epitermico)
El campo de radiación producido en el tejido
durante la terapia con BNCT,
consiste
componentes con diferentes LETs característicos.
El cálculo de dosis involucra factores como el RBE
o CBE para tener en cuenta la efectividad
biológica de estas componentes
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Muchas
gracias por su
atención
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