Strahlenbiologie: Grundlagen Teil II - Strahlentherapie - Universität ...

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Strahlenbiologie: Grundlagen Teil II - Strahlentherapie - Universität ...

Strahlenbiologie:

Grundlagen Teil II

PD. Dr. med. G. Klautke

Klinik und Poliklinik für Strahlentherapie

Universität Rostock

Strahlentherapie Rostock


Zellüberlebenskurve:

Linear-quadratisches Modell

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Zellüberlebenskurve:

Linear-quadratisches Modell; Alpha/Beta-Werte

Alpha / Beta-Werte für verschiedene Gewebe

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Strahlenbiologie:

Individuelle Strahlensensibilität

(Steel 1991; „high dose rate“ 150 cGy / min)

Zellüberlebenskurven:

HX142: Neuroblastom

HX58: Pankreaskarzinom

HX 156: Zervixkarzinom

RT112: Blasenkarzinom

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Strahlenbiologie:

Individuelle Strahlensensibilität

(West et al. 1993)

SF2 – Wert als

prognostischer Parameter

bei Patientinnen

mit

Zervix - Karzinomen

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Strahlenbiologie:

Strahlenempfindlichkeit und Zellzyklus

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Zellüberlebenskurve:

Strahlenempfindlichkeit und Zellzyklus

(Fritz-Niggli, 1988)

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Zellüberlebenskurve:

Wirkungsverstärkung durch „Sauerstoff“

Zellüberlebenskurve:

Hypoxie und Normoxie )

OER = RT-Dosis bei Hypoxie

RT-Dosis bei Oxie

OER = Oxygen enhancement

ratio (Sauerstoffverstärkungsfaktor)

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Einfluß des Sauerstoffeffektes auf DSB

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Strahlenbiologie: Reoxygenierung

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Zellüberlebenskurve:

Wirkungsverstärkung durch „Sauerstoff“

(Horsmann et al.; 1993 )

Zusammenhang

zwischen

pO2

und dem

Anteil hypoxischer Zellen

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Zervix – Karzinom und Anämie:

Prognostische Bedeutung des prätherapeutischen Hb - Wertes

( Pedersen et al. 1995 )

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Strahlentherapie:

Wirkungsverstärkung durch „Sauerstoff“

(Vaupel et al. 2002 )

Bestimmung der Hb-Konzentration und Messung der Sauerstoffdrücke

prätherapeutisch bei Zervix- (n = 59) und

Vulvakarzinompatientinnen (n = 29).

Hb – Konzentration (g/dl): 11 12 13 14 15

Medianer pO2 (mmHg): 6 11 14,5 10 6,2

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Strahlentherapie:

Wirkungsverstärkung durch „Sauerstoff“

( Grogan et al. 1999 )

Hb – Nadir unter RT

A : Nadir < 11,0 g / dl

B : Nadir 11,0 – 11,0 g / dl

C : Nadir > 12,0 g / dl

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Strahlenbiologie:

Synergie von Strahlung und Chemotherapie

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Patienten: n = 384

Inoperable HNO-Tumoren

RCT versus HA-RT

(Budach et al., 2005)

RT: 77,6 Gy; RCT: 5-FU/Mito C; 70 Gy

RT RCT

LC (5 Jahre) 37,4% 49,9% p = 0,001

OS (5 Jahre) 23,7% 28,6% p = 0,023

M0 (5 Jahre) 51,9% 54,7% p = 0,57

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RT

Strahlenbiologie:

Strahlung und EGF-Rezeptoren

EGF

Genaktivierung

EGFR

TK

Signalkaskade

Proliferationssteigerung

Hemmung der Apoptose

Dedifferenzierung

Angiogenese

Metastasierung

Hypoxie

Nährstoffmangel

VEGF

Matrix Metall-Proteinasen

Vaskuläre

Endothelzelle

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EGFR – Expression während RT

(Baumann, Krause 2004)

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Cetuximab +/- RT: Präklinische Daten

(Bonner et al, 2000)

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Cetuximab und RCT: Präklinische Daten

(Nakata et al, 2004)

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Strahlenbiologie:

Einfluss der Fraktionierung

(Elkind, Sutton, 1960)

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Strahlenbiologie:

Einfluss der Fraktionierung

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Strahlenbiologie:

Einfluss der Fraktionierung

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Strahlenbiologie:

Einfluss der Fraktionierung

(nach Kriehuber, Rostock)

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Strahlenbiologie:

Einfluss der Fraktionierung

(Thames; Withers, Peters, 1984)

Zellüberleben:

Einfluß des Zeitintervalles

zwischen

zwei Bestrahlungen

(Darmzellen)

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Strahlenbiologie:

Einfluss der Fraktionierung

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Strahlenbiologie:

Einfluss der Fraktionierung

( Kaul et al., 1999 )

Frühreaktionen Spätreaktionen

- während RT oder - ½ bis 10 Jahre nach RT

bis 9 Wochen nach RT

- Kurze Behandlungszeit - kein Einfluß der Behandführt

zu intensiveren zeit

Reaktionen - häufiger bei höheren

- Ausheilung die Regel Einzeldosen

- keine Ausheilung

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Strahlenbiologie:

Einfluss der Gesamtbehandlungszeit

(Baumann et al, 1994)

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Strahlenbiologie:

Linearer Energie-Transfer (LET)

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Strahlenbiologie:

Linearer Energie-Transfer (LET)

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Strahlenbiologie:

Relative Biologische Wirksamkeit

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Strahlenbiologie:

Relative Biologische Wirksamkeit

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Biologische Wirkungen ionisierender Strahlung

Strahlungsmessgrößen

Aktivität: Zahl der Atomkerne, die sich in einem radioaktiven

Präparat pro Zeiteinheit umwandeln;

Einheit: Bequerel (Bq); 1 Bq = 1 Zerfall / s = s-1;

alte Einheit: Curie (Ci); 3,7 * 1010 Bq.

Energiedosis: absorbierte Energie / absorbierende Masse;

Einheit: Gray (Gy); 1 Gy = 1 Joule / 1 kg;

alte Einheit: Rad (rd): 1 rd = 0,01 Gy; 1 Gy = 100 rd.

Äquivalentdosis: Energiedosis * Bewertungsfaktor q;

Einheit: Sievert (Sv); 1 Sv = 1 Joule / 1 kg;

alte Einheit: Rem (rem); 1 SV = 100 rem

Biologische Wirksamkeit der verschiedenen Strahlenarten:

= 1: Photonen- und Elektronenstrahlung

= 10: Neutronenstrahlung

= 20: Alphastrahlung

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Zusammenhang zwischen Energiedosis, Äquivalentdosis und

effektiver Dosis zur Bewertung des Strahlenrisikos

Energiedosis

gibt die durch die Strahlung auf das Gewebe

übertragene Energie an

Multiplikation mit dem Gewebewichtungsfaktor

Effektive Dosis

wichtet die Äquivalentdosis unter Berücksichtigung

der Strahlenempfindlichkeit der Organe und Gewebe

Multiplikation mit dem Strahlungswichtungsfaktor

Äquivalentdosis

wichtet die Energiedosis unter Berücksichtigung der

biologischen Wirksamkeit der Strahlenarten

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Strahlenarten, Größen und Einheiten

Qualitätsfaktor (= Strahlungswichtungsfaktor“)

Röntgen-, Gamma- und Betastrahlen 1

Elektronen, Positronen 1

Protonen 5 (5 – 15)

Neutronen 5 – 20

Alphateilchen 20

Gewebewichtungsfaktoren

Keimdrüsen 0,20

Brustdrüse 0,05

rotes Knochenmark 0,12

Magen 0,12

Dickdarm 0,12

Lunge 0,12

Schilddrüse 0,05

Knochenoberfläche 0,01

übrige Gewebe 0,05

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Repair:

Die „Rs“ der Strahlenbiologie

Reoxygenierung:

Reseeding (Metastasierung):

Regression: Abnahme des Tumorvolumens durch

„Abräumen“ abgestorbener Zellen

durch Makrophagen.

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Die „Rs“ der Strahlenbiologie

Repopulierung: Vermehrung von Tumorzellen

zwischen zwei Fraktionen

(Cave: Fraktionen pro Zeit, Enddosis)

Redistribution: Synchronisation der Zellen im

Zellzyklus, u.a. G2/M-Block

Rekruitment: Zellen aus der G0-Phase treten

in den Zellzyklus ein

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Die „Rs“ der Strahlenbiologie

Radiosensitivität: Empfindlichkeit des Tumors auf die

Bestrahlung.

Ausdruck der lokalen Kontrolle in

der TCD 50.

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