Particle beam therapie wordt steeds vaker gebruikt om vele soorten kanker te behandelen. Het bestaat uit het onderwerpen van tumoren aan bundels van hoogenergetische geladen deeltjes zoals protonen. Hoewel meer gericht dan conventionele radiotherapie met behulp van röntgenstralen, deze benadering beschadigt nog steeds het omliggende normale weefsel. Om het optimale behandelplan voor elke patiënt te ontwerpen, het is essentieel om de energie van de straal en het effect ervan op zowel tumor als normaal weefsel te kennen.

In een recente studie gepubliceerd in EPJ D , een groep onderzoekers onder leiding van Ramin Abolfath van het MD Anderson Cancer Center van de Universiteit van Texas, Houston, Texas, VS, een nieuw wiskundig model naar voren brengen dat de effecten van deze straaltherapieën op de weefsels van patiënten schetst, gebaseerd op nieuwe, ingewikkelder, parameters. Met behulp van deze nieuwe modellen, clinici moeten het effect van protonenbundels op normaal en tumorweefsel nauwkeuriger kunnen voorspellen, waardoor ze effectievere behandelplannen kunnen opstellen.

De therapeutische en toxische effecten van een protonenbundel kunnen beide worden beschreven met een combinatie van twee effecten:ten eerste, het biologische effect van de straling; en ten tweede, de hoeveelheid energie die de bundel per afgelegde lengte-eenheid op het weefsel afgeeft, lineaire energieoverdracht (LET) genoemd.

Al meer dan een halve eeuw clinici hebben behandelplannen gebaseerd op standaard radiobiologische modellen. Deze hadden slechts betrekking op twee parameters:alfa, die evenredig is met LET; en bèta, die onafhankelijk is van LET.

Bij deze nieuwe aanpak de auteurs hebben de processen gemodelleerd waardoor energieoverdracht van ioniserende straling potentieel dodelijke DNA-schade op microscopische schaal veroorzaakt. Vervolgens koppelden ze het aan modellen van geboorte en dood van cellen in kolonies op millimeterschaal.

Abolfath en collega's pasten hun model aan op gegevens over de respons van longkankercellen op therapeutische doses protonenbestraling, en ontdekte dat de standaard radiobiologische modellen het slechtst van toepassing waren wanneer de bundelenergie laag was. Vervolgens gebruikten ze deze bevindingen om nieuwe modellen te genereren waarin alfa en bèta werden vervangen door complexere formules, die enkele waargenomen anomalieën in celoverleving kunnen verklaren.