Stockholms universitet

Forskningsprojekt Den virtuella tumören - in silico RT-testbädd

Testbädd för in silico-strålbehandling - från tumörmodellering till utvärdering av strålbehandlingens effektivitet.

Strålbehandling är en av de viktigaste terapeutiska metoderna för behandling av cancer, och mer än 50 % av de onkologiska patienterna behandlas med denna form av terapi. Den lyckas utrota tumörer hos många patienter samtidigt som de vitala funktionerna hos de närliggande friska organen bevaras. Det är dock fortfarande nödvändigt att öka behandlingsframgången och försök att förbättra (kemo-)strålbehandlingen görs kontinuerligt genom tvärvetenskapliga projekt.
I den virtuella verklighetens era är simulering av strålningens effekt på celler, vävnader och tumörer ett naturligt steg framåt i utvecklingen av strålbehandlingen för att bättre förstå de biologiska och fysikaliska faktorernas inverkan på strålningsreaktionen. De senaste framstegen inom medicinsk strålningsfysik, cellulär och molekylär tumörbiologi och beräkningssimulering har gett information och verktyg för systembiologiska metoder för strålbehandling av cancer. Modeller med olika grad av noggrannhet har föreslagits för att beskriva komplexiteten hos cancerceller och tumörer och det radiobiologiska resultatet av strålningens interaktion med dessa komplexa system. Det finns dock ännu inga exakta och mångsidiga modeller för tumörer och tumörernas respons på strålning med avseende på relevanta egenskaper för strålbehandling och kemoradioterapi.

Intresset för partikelterapi har dessutom ökat under de senaste åren på grund av deras potentiella fördelar när det gäller doskonformation till målet och den ökade relativa biologiska effektiviteten (RBE). Ett ökande antal kliniska centra är i drift över hela världen eller håller på att byggas upp för att undersöka den kliniska potentialen hos partikelterapi vid behandling av cancer. Ett av dessa centra är Skandionkliniken, det nationella protoncentret som drivs av de sju universitetssjukhusen i Sverige. Den befintliga kliniska kunskapsdatabasen om effektiviteten hos protoner och joner som är tyngre än protoner är mycket liten i jämförelse med fotondatabasen och kan därför endast användas för ett preliminärt urval baserat på genomsnittlig förväntad respons. Däremot är den prekliniska kunskapen om ett brett spektrum av faktorer som påverkar protonernas och jonernas effektivitet mycket större och detta skulle kunna användas i en systembiologisk metod för att undersöka effektiviteten av partikelstrålbehandling.

Det övergripande målet med detta projekt är att utveckla en in silico testbädd för simulering av resultatet av strålbehandling med fotoner, protoner eller tyngre joner som skulle göra det möjligt att undersöka hur olika biologiska och fysikaliska faktorer påverkar tumörresponsen.

De specifika målen för detta forskningsprojekt är följande:
- Att utveckla in silico-tumörer med avseende på tumörens mikroenviroment, inneboende strålningskänslighet och täthet av klonogena celler.
- Att integrera de simulerade in silico-tumörerna i en forskningsversion av ett behandlingsplaneringssystem och simulera effekten av foton-, proton- och jonstrålbehandling.
- Att fastställa den relativa kliniska effektiviteten hos protoner och tyngre joner än protoner och identifiera de viktigaste faktorerna som påverkar behandlingsresultatet.

Projektbeskrivning

Idén att skapa en in silico testbädd för strålbehandling baserad på en virtuell tumörmodell som skulle redogöra för de viktigaste egenskaperna i tumörens mikromiljö som man vet har ett samband med resultatet av strålbehandling integrerat i ett system för planering och optimering av behandling har en mycket hög nyhetsfaktor, eftersom den, såvitt sökanden vet, aldrig har presenterats tidigare. In silico-undersökningen är oerhört viktig eftersom den skulle kunna bidra till att utforma kliniska prövningar som syftar till att optimera patienturvalet för olika former av strålbehandling och därmed maximera patienternas nytta genom att in silico bedöma den relativa kliniska effektiviteten av proton- eller jonstrålbehandling jämfört med den vanliga metoden med fotonerapi,

Den teoretiska modelleringen av en tumör in silico har också potential att snabbt identifiera den relativa betydelsen av de faktorer som bestämmer svaret på behandlingen och därmed hjälpa till att utforma de kliniska prövningarna, före eller till och med utan långvariga och kostsamma experimentella studier i djurmodeller. För närvarande utförs många prekliniska studier på djur där tumörer framkallas och tillåts utvecklas. Det uppstår därför en etisk fråga om användningen av djur i forskning om (kemo-)strålbehandling, och därför bör man alltid söka alternativa lösningar till djurförsök. Denna ersättningsprincip för modern forskning har specificerats tillsammans med minskning och förfining i direktiv 2010/63/EU om skydd av djur som används för vetenskapliga ändamål. I den virtuella verklighetens era har tumörmodeller som skapats in silico potential att möjliggöra framsteg inom forskningen och samtidigt minimera användningen av djur för försök, vilket uppfyller rekommendationerna i direktiv 2010/63/EU.

Projektmedlemmar

Nyheter