Forskningsprojekt Matematisk modellering av strålbehandling med immunterapi
Över hälften av världens cancerpatienter får strålterapi, som beräknas bidra till 40% av botade fall. Genom att kombinera strålbehandling med immunoterapi förväntas överlevnaden kunna öka. Radiobiologisk modellering kan bidra till denna utveckling.
Även om den grundläggande principen för strålbehandling är att tumörcellerna ska utrotas genom DNA-skador, förväntas behandlingens framgång vara starkt beroende av det immunsvar som den utlöser. Kombinationen av strål- och immunterapi skulle kunna ge möjlighet att väsentligt öka antalet botade cancerpatienter. De radiobiologiska mekanismer som ligger bakom tumörens och normalvävnadens respons på sådana kombinerade behandlingar är dock inte väl förstådda, vilket avsevärt begränsar dess nuvarande potential. Det modelleringsarbete som utförs i detta projekt förväntas öka förståelsen för dessa mekanismer och så småningom bidra till att dessa effekter kan införlivas i planeringen av behandlingen av enskilda patienter.
Projektbeskrivning
Förutom den direkta celldödande effekten av joniserande strålning har de höga doser som används vid stereotaktisk kroppsstrålbehandling (SBRT) observerats orsaka betydande skador på tumörens kärlsystem. Detta har föreslagits bidra till en sekundär form av celldödning. Man har dock också sett att tumörens kärlsystem återställs efter höga doser, vilket skulle kunna göra resultatet av en potentiell vaskulär effekt starkt beroende av när efterföljande fraktioner levereras under behandlingen. Plötsliga kärlkollapsar sker också spontant i tumörer till följd av t.ex. fluktuationer i trycket i den interstitiella vätskan, vilket gör att cellerna blir akut hypoxiska och därmed resistenta mot strålning, vilket också skulle kunna förväntas bli resultatet av en strålningsinducerad kärlkollaps. I motsats till kroniskt hypoxiska celler är dessa celler metaboliskt aktiva och utgör sannolikt därför de mest resistenta klonogenerna, vilket utgör ett betydande hot mot behandlingens framgång. Om tiden mellan två fraktioner varken är tillräcklig för att de skadade kärlen ska kunna regenerera eller för att de akut hypoxiska tumörcellerna ska kunna bli kroniskt hypoxiska och svältande, förväntas en minskning av behandlingens biologiska effektivitet. I likhet med den vaskulära effekten kan tidpunkten för SBRT-fraktionerna i förhållande till varandra vara av stor betydelse för den resulterande effekten på behandlingsresultatet av ett strålningsinducerat immunsvar. Även om detta förhållande hittills inte har undersökts ordentligt är det rimligt att anta att beroende på när en efterföljande fraktion levereras kan den biologiska effekten i bästa fall förstärkas genom den synergistiska effekten av strålningens celldödande verkan och immunsvaret, eller i sämsta fall minskas om strålningen dödar immuncellerna och förhindrar dem från att angripa tumörcellerna. Den korrekta tidpunkten för behandlingsfraktionerna blir ännu mer känslig när strålbehandlingen kombineras med immunstimulerande medel. Tillsammans med den tidigare nämnda vaskulära effekten kan en immunaktivering som bidrar till celldöd göra slutresultatet av en SBRT- eller radioimmunoterapibehandling mycket komplicerat att förutsäga och inte alls tillfredsställande beskrivet av de fem R:na. Med hjälp av radiobiologisk modellering kan ett oändligt antal kombinationer och scenarier övervägas och utvärderas, vilket ökar sannolikheten för att identifiera framgångsrika behandlingsstrategier. Detta projekt syftar till att utöka den för närvarande mycket begränsade kunskapen om tumörernas svar på kombinationen av strålbehandling och immunterapi. Radiobiologisk modellering av tumörvolymen och dess viktigaste fysiologiska parametrar, t.ex. kärlsystemet och syresättning, bygger på experimentella data som tillhandahålls av professor Susanta Hui, chef för det radiobiologiska laboratoriet vid Beckman Research Center of City of Hope, Duarte, CA, USA, och förväntas bidra till förståelsen av de radiobiologiska mekanismerna för radioimmunoterapi samt främja utvecklingen mot att införliva dessa effekter på individuell patientnivå.
Projektmedlemmar
Projektansvariga
Emely Kjellsson Lindblom
Universitetslektor
