Boron determination in biological samples - Intercomparison of three analytical methods to assist development of a treatment protocol for neoplastic diseases of the liver with Boron Neutron Capture Therapy

Die Bor-Neuroneneinfang-Therapie (engl.: Boron Neutron Capture Therapy, BNCT) ist eine indirekte Strahlentherapie, welche durch die gezielte Freisetzung von dicht ionisierender Strahlung Tumorzellen zerstört. Die freigesetzten Ionen sind Spaltfragmente einer Kernreaktion, bei welcher das Isotop 10B ein niederenergetisches (thermisches) Neutron einfängt. Das 10B wird durch ein spezielles Borpräparat in den Tumorzellen angereichert, welches selbst nicht radioaktiv ist. rnAn der Johannes Gutenberg-Universität Mainz wurde die Forschung für die Anwendung eines klinischen Behandlungsprotokolls durch zwei Heilversuche bei Patienten mit kolorektalen Lebermetastasen an der Universität Pavia, Italien, angeregt, bei denen die Leber außerhalb des Körpers in einem Forschungsreaktor bestrahlt wurde. Als erster Schritt wurde in Kooperation verschiedener universitärer Institute eine klinische Studie zur Bestimmung klinisch relevanter Parameter wie der Borverteilung in verschiedenen Geweben und dem pharmakokinetischen Aufnahmeverhalten des Borpräparates initiiert.rnDie Borkonzentration in den Gewebeproben wurde hinsichtlich ihrer räumlichen Verteilung in verschiedenen Zellarealen bestimmt, um mehr über das Aufnahmeverhalten der Zellen für das BPA im Hinblick auf ihre biologischen Charakteristika zu erfahren. Die Borbestimung wurde per Quantitative Neutron Capture Radiography, Prompt Gamma Activation Analysis und Inductively Coupled Plasma Mass Spectroscopy parallel zur histologischen Analyse des Gewebes durchgeführt. Es war möglich zu zeigen, dass in Proben aus Tumorgewebe und aus tumorfreiem Gewebe mit unterschiedlichen morphologischen Eigenschaften eine sehr heterogene Borverteilung vorliegt. Die Ergebnisse der Blutproben werden für die Erstellung eines pharmakokinetischen Modells verwendet und sind in Übereinstimmung mit existierenden pharmakokinetische Modellen. Zusätzlich wurden die Methoden zur Borbestimmung über speziell hergestellte Referenzstandards untereinander verglichen. Dabei wurde eine gute Übereinstimmung der Ergebnisse festgestellt, ferner wurde für alle biologischen Proben Standardanalyseprotokolle erstellt.rnDie bisher erhaltenen Ergebnisse der klinischen Studie sind vielversprechend, lassen aber noch keine endgültigen Schlussfolgerungen hinsichtlich der Wirksamkeit von BNCT für maligne Lebererkrankungen zu. rn

Untersuchungen zur Wechselbeziehung zwischen Proteom, Energiestoffwechsel, Redoxstatus und Radiosensibilität von Tumorzellen in vitro und in vivo

Zielsetzung der vorliegenden Arbeit war die Erforschung ursächlicher Unterschiede im Energiestoffwechsel von hoch- und niedrig-glykolytischen Tumorzelllinien. Darüber hinaus wurde die Hypothese überprüft, wonach eine hohe glykolytische Aktivität in Tumorzellen zu einer Anreicherung von antioxidativen Metaboliten führt und infolgedessen eine Therapieresistenz gegen Gammabestrahlung hervorruft. Abschließend sollte durch biochemische und gentechnische Manipulationen des Energie- bzw. Glukosestoffwechsels die Strahlenresistenz von Tumorzellen verändert und somit neue therapeutische Interventionen eröffnet werden.rnDie zur Klärung dieser Fragestellung erforderlichen molekularbiologischen Experimente erfolgten an jeweils zwei Ovarialkarzinomzelllinien (OC316 und IGROV-1) und zwei Plattenepithelkarzinomzelllinien der Kopf- und Halsregion (SAS und FaDu) sowie den entsprechenden Experimentaltumoren.rnUnabhängig von der Tumorentität und dem Tumormodell konnte gezeigt werden, dass eine erhöhte Expression Stoffwechsel-assoziierter Proteine mit einem gesteigerten Energiestoffwechsel einhergeht. Der Transfer der Ovarial- und Plattenepithelkarzinomzelllinien in das Mausmodell führte zu keiner grundsätzlichen Änderung des Tumormikromilieus. So wies die hoch-metabolische Linie OC316 in vitro und in vivo eine stark erhöhte MCT-4 Expression auf, deren gentechnische Inhibition jedoch zu keiner Reduktion der Glykolyserate führte.rnDie Hypothese, dass die Laktatproduktion als prädiktiver Marker für die Strahlenresistenz einer Tumorzelllinie fungiert, konnte nicht bestätigt werden. Jedoch führte die Manipulation der intrazellulären Laktatbildung und des Energiestoffwechsels mit nicht zelltoxischen Konzentrationen von 2-Deoxy-D-glukose (2DG) und Rotenon (ROT) bei den Ovarialkarzinomzelllinien zu einer Erhöhung der intrazellulären O2--Anionen, einer Zunahme der Strahlenempfindlichkeit sowie zur Steigerung der initialen und residualen DNA-Doppelstrangbrüche nach Gammabestrahlung.rnHierbei wirken 2DG und ROT synergistisch durch die Inhibierung antioxidativer Systeme sowie durch die Erhöhung des zellulären Radikal-Status. Die Anwendung von Stoffwechselmanipulatoren zur Optimierung und Unterstützung vorhandener Radikal-erzeugender Therapieformen wird aktuell in klinischen Studien überprüft. Translational könnte die durch 2DG und ROT beschriebene Erhöhung der Strahlenempfindlichkeit bei Ovarialkarzinomzelllinien z. B. in Kombination mit intensitätsmodulierten Strahlentherapien neue Behandlungsmöglichkeiten eröffnen, was in weiterführenden in vivo Studien zu überprüfen ist.rn

Development and in vitro testing of liposomal gadolinium-formulations for neutron capture therapy of glioblastoma multiforme

For the improvement of current neutron capture therapy, several liposomal formulations of neutron capture agent gadolinium were developed and tested in a glioma cell model. Formulations were analyzed regarding physicochemical and biological parameters, such as size, zeta potential, uptake into cancer cells and performance under neutron irradiation. The neutron and photon dose derived from intracellular as well as extracellular Gd was calculated via Monte Carlo simulations and set in correlation with the reduction of cell survival after irradiation. To investigate the suitability of Gd as a radiosensitizer for photon radiation, cells were also irradiated with synchrotron radiation in addition to clinically used photons generated by linear accelerator.rnIrradiation with neutrons led to significantly lower survival for Gd-liposome-treated F98 and LN229 cells, compared to irradiated control cells and cells treated with non-liposomal Gd-DTPA. Correlation between Gd-content and -dose and respective cell survival displayed proportional relationship for most of the applied formulations. Photon irradiation experiments showed the proof-of-principle for the radiosensitizer approach, although the photon spectra currently used have to be optimized for higher efficiency of the radiosensitizer. In conclusion, the newly developed Gd-liposomes show great potential for the improvement of radiation treatment options for highly malignant glioblastoma.rn

Strahlungsinduzierte Mukositis als Risiko der Raumfahrt : Modelluntersuchungen an Röntgen- und Schwerionen-bestrahlten organotypischen Mundschleimhaut-Modellen

Während ausgedehnter Weltraumflüge zum Mond und Mars wäre die Besatzung eines Raumschiffs dicht ionisierender Schwerionenstrahlung, der sogenannten kosmischen Strahlung, ausgesetzt. Da bei vielen Krebspatienten die orale Mukositis als eine gravierende Nebenwirkung bei der herkömmlichen Strahlentherapie auftritt, könnte diese Erkrankung ein medizinisches Problem während ausgedehnter Weltraumflüge darstellen. Allerdings liegen bislang keine Untersuchungen über eine mögliche Mukositis-induzierte Wirkung von Schwerionenstrahlung vor. Um das Risiko strahlungsinduzierter oraler Mukositis durch kosmische Strahlung abzuschätzen, wurden dreidimensionale organotypische Mundschleimhaut-Modelle 12C Schwerionen- bzw. Röntgenstrahlung ausgesetzt und nach definierten Inkubationszeiten kryokonserviert. Aus dem Material wurden Kryoschnitte gefertigt, mit denen anschließend histologische und immunhistologische Fluoreszenzfärbungen zum Nachweis von zum Beispiel Kompaktheitsverlust, Doppelstrangbrüchen der DNA und NF-κB-Aktivierung durchgeführt wurden. Die Ausschüttung von Tumornekrosefaktor α, Interleukin 1β, Interleukin 6 und Interleukin 8 wurde in Probenüberständen mittels ELISA analysiert. Das Hauptaugenmerk dieser Studie lag dabei auf den frühen durch Strahlung verursachten Effekten. rnIm Rahmen dieser Dissertation wurde ein dreidimensionales Mundschleimhaut-Modell etabliert, das verglichen mit humaner Mundschleimhaut viele organotypische Differenzierungsmarker und in vivo-ähnliche Reaktionen auf bestimmte Reize zeigte. Nach einer Bestrahlung mit schweren Kohlenstoffionen bzw. mit Röntgenstrahlung wurden strahlungsinduzierte Effekte auf mehreren Ebenen detektiert. Bereits 1 h nach Bestrahlung konnten dosisabhängig vermehrte Doppelstrangbrüche in der DNA detektiert werden, wobei bei gleicher Dosis Schwerionenstrahlung im Durchschnitt doppelt so viele DSB verursachte wie Röntgenstrahlung. Das Mundschleimhaut-Modell reagierte auf beide Strahlungsarten mit einer Aktivierung des Transkriptionsfaktors NF-κB p50, wobei Röntgenstrahlung diese Aktivierung früher induzierte als Schwerionen. Eine strahlungsinduzierte Aktivierung von NF-κB p65 wurde in den organotypischen Kulturen zu den untersuchten Zeitpunkten nicht beobachtet. Im Vergleich zu nicht bestrahlten Kulturen waren die Konzentrationen von Interleukin 6 und Interleukin 8 unabhängig von der Strahlungsqualität nach Bestrahlung signifikant erhöht. Interleukin-1β dagegen wurde nur nach Röntgenbestrahlung signifikant vermehrt ausgeschüttet. In Schwerionen-bestrahlten Proben wurden zwar tendenziell höhere Konzentrationen beobachtet, statistische Signifikanzen ergaben sich aber nicht. Die Analysen zur TNF-α- und IFN-γ-Ausschüttung in bestrahlten organotypischen Kulturen ergaben innerhalb des gewählten Beobachtungszeitraums von 48 h keine strahlungsinduzierten Effekte. Bei den Untersuchungen der Proliferation in den Zellen der bestrahlten organotypischen Kulturen wurde bereits 24 h nach Röntgenstrahlung und 3 Tage nach Schwerionenstrahlung eine deutliche verminderte Proliferation beobachtet. Des Weiteren zeigte das Mundschleimhaut-Modell unabhängig von Strahlungsqualitäten einen eindeutigen Verlust in der Zellintegrität und daraus resultierenden Kompaktheitsverlust des Gewebes, was in der in vivo-Situation wahrscheinlich einer Gewebedegeneration entspricht. rnNach Bestrahlung mit sowohl Röntgenstrahlung als auch schweren Ionen wurden im gewählten Mukosa-Modell innerhalb von 48 h nach Behandlung strahlungsinduzierte proinflammatorische Marker eindeutig und reproduzierbar detektiert. Dies deutet darauf hin, dass während langer extraterrestrischer Expeditionen das Risiko der oralen Mukositis einkalkuliert und mit den daraus folgenden Konsequenzen gerechnet werden muss.rn

Verlauf und Determinanten der Lebensqualität bei Langzeitüberlebenden nach Prostatakarzinom in Schleswig-Holstein : Ergebnisse einer registerbasierten Kohortenstudie

Durch die ansteigende Inzidenz und niedrige Mortalität steigt die Anzahl der überlebenden Männer nach Prostatakarzinom. Mit einer 5-Jahresprävalenz von 279.000 Männern stellte das Prostatakarzinom im Jahr 2010 den größten Anteil der Krebspatienten. Die absolute 5-Jahres-Überlebensrate liegt bei 78 %. Studien zur Lebensqualität dieser Langzeitüberlebenden (> 5 Jahre nach Diagnosestellung) beschränken sich meist auf bestimmte Therapien, schließen höhere Tumorstadien aus oder untersuchen nur die Wirkung von klinischen Einflussfaktoren. In Schleswig-Holstein wurde im Rahmen der populationsbezogenen OVIS- und CAESAR-Studie die Lebensqualität bei Männern mit bzw. nach Prostatakrebs zu drei Zeitpunkten erhoben (15 Monate, 3 ½ und 7 Jahre nach initialer Diagnose). Für die allgemeine krebsspezifische Lebensqualität (EORTC QLQ-C30) erfolgt eine Beschreibung des Verlaufs sowie ein Vergleich mit Referenzdaten aus der deutschen Allgemeinbevölkerung. Aus der dritten Befragung liegen auch Daten zur prostataspezifischen Lebensqualität (EORTC QLQ-PR25) vor. Mittels multipler linearer Regressionen werden für elf ausgewählte Lebensqualitätsskalen (mögliche Werte 0 bis 100) potenzielle Einflussfaktoren (klinisch, soziodemographisch, Lifestyle) untersucht. Die Lebensqualität der 911 Männer (medianes Alter bei Drittbefragung: 72 Jahre) nimmt im zeitlichen Verlauf nur gering, aber nicht klinisch relevant ab. Es zeigen sich nur geringe Unterschiede zur Lebensqualität der Referenzbevölkerung. Im absoluten Vergleich aller Skalen werden zum Zeitpunkt der Drittbefragung auf den prostataspezifischen Skalen die größten Einschränkungen berichtet. In den berechneten multiplen Regressionen war sieben Jahre nach Diagnose eine Krankheitsprogression auf allen untersuchten Skalen signifikant mit einer geringeren Lebensqualität assoziiert (niedrigster Regressionskoeffizient βadj -13,8, 95 %-CI -18,8; -8,8). Eine Strahlentherapie zeigte auf zehn, eine Hormontherapie auf fünf Skalen einen negativen Einfluss. Ebenfalls auf fünf Skalen war ein höherer Body-Mass-Index ein Prädiktor für eine geringere Lebensqualität. Auf allen Funktionsskalen war ein höherer Sozialstatus mit einer besseren Lebensqualität assoziiert und zeigte tendenziell einen größeren Einfluss als die initiale Therapie. Alleinstehende Männer berichteten eine geringere sexuelle Aktivität (βadj -7,5, 95 %-CI -13,8; -1,2) als Männer in einer Partnerschaft. Neben klinischen Faktoren beeinflussen auch soziodemographische Variablen die Lebensqualität von langzeitüberlebenden Männern nach bzw. mit Prostatakarzinom signifikant. Daher sollten in nicht-randomisierten Studien zum Adjustieren die entsprechenden Variablen (wie z. B. Body-Mass-Index, Sozialstatus, Partnerschaft) mit erhoben werden. Klinisch relevante Veränderungen der allgemeinen krebsspezifischen Lebensqualität finden – wenn überhaupt – innerhalb der ersten 15 Monate nach Diagnosestellung statt. Referenzdaten für die prostataspezifische Lebensqualität der Allgemeinbevölkerung liegen nicht vor. Eine Erhebung dieser scheint sinnvoll, da hier größere Unterschiede im Vergleich beider Gruppen erwartet werden.

High-dose (80 Gy) intensity-modulated radiation therapy with daily image-guidance as primary treatment for localized prostate cancer

to report acute and late toxicity in prostate cancer patients treated by high-dose intensity-modulated radiation therapy (IMRT) with daily image-guidance.

Longitudinal analysis of quality of life in patients receiving conformal radiation therapy for prostate cancer

To prospectively assess quality of life (QoL) in patients receiving conformal radiation therapy (CRT) for prostate cancer.

Celecoxib enhances radiation response of secondary bone tumors of a human non-small cell lung cancer via antiangiogenesis in vivo

Cyclooxygenase-2 (COX-2) inhibitors mediate a systemic antitumor activity via antiangiogenesis and seem to enhance the response of primary tumors to radiation. Radiosensitizing effects of COX-2 inhibition have not been reported for bone metastases. Therefore, the aim of this study was the investigation of the radiosensitizing effects of the selective COX-2 inhibitor celecoxib in secondary bone tumors of a non-small cell lung carcinoma in vivo.

Neoadjuvant interstitial high-dose-rate (HDR) brachytherapy combined with systemic chemotherapy in patients with breast cancer

BACKGROUND AND PURPOSE: This is the first study investigating neoadjuvant interstitial high-dose-rate (HDR) brachytherapy combined with chemotherapy in patients with breast cancer. The goal was to evaluate the type of surgical treatment, histopathologic response, side effects, local control, and survival. PATIENTS AND METHODS: 53 patients, who could not be treated with breast-conserving surgery due to initial tumor size (36/53) or due to an unfavorable breast-tumor ratio (17/53), were analyzed retrospectively. All but one were in an intermediate/high-risk group (St. Gallen criteria). The patients received a neoadjuvant protocol consisting of systemic chemotherapy combined with fractionated HDR brachytherapy (2 x 5 Gy/day, total dose 30 Gy). In cases, where breast-conserving surgery was performed, patients received additional external-beam radiotherapy (EBRT, 1.8 Gy/day, total dose 50.4 Gy). In patients, who underwent mastectomy but showed an initial tumor size of T3/T4 and/or more than three infiltrated lymph nodes, EBRT was also performed. RESULTS: In 30/53 patients (56.6%) breast-conserving surgery could be performed. The overall histopathologic response rate was 96.2% with a complete remission in 28.3% of patients. 49/53 patients were evaluable for follow-up. After a median of 58 months (45-72 months), one patient showed a mild fibrosis of the breast tissue, three patients had mild to moderate lymphatic edema of the arm. 6/49 (12.2%) patients died of distant metastases, 4/49 (8.2%) were alive with disease, and 39/49 (79.6%) were free from disease. Local recurrence was observed in only one case (2%) 40 months after primary therapy. After mastectomy, this patient is currently free from disease. CONCLUSION: The combination of interstitial HDR brachytherapy and chemotherapy is a well-tolerated and effective neoadjuvant treatment in patients with breast cancer. Compared to EBRT, treatment time is short. Postoperative EBRT of the whole breast -- if necessary -- is still possible after neoadjuvant brachytherapy. Even though the number of patients does not permit definite conclusions, the results are promising regarding survival and the very low rate of local recurrences.

Objective response to radiation therapy and long-term survival of patients with WHO grade II astrocytic gliomas with known LOH 1p/19q status

BACKGROUND: WHO grade II gliomas are often approached by radiation therapy (RT). However, little is known about tumor response and its potential impact on long-term survival. PATIENTS AND METHODS: Patients subjected to RT were selected from the own database of WHO grade II gliomas diagnosed between 1991 and 2000. The volumetric tumor response after RT was assessed based on magnetic resonance imaging and graded according to standard criteria as complete, partial (PR, >or= 50%), or minor (MR, 25% to <50%). RESULTS: There were 24 astrocytomas and three oligoastrocytomas. 21 patients (78%) were dead at follow-up (mean survival 74 months). None of the patients had chemotherapy. Objective response occurred in 14 patients (52%, five PR and nine MR) but was not associated with overall survival. The vast majority of the tumors had no loss of heterozygosity (LOH) 1p and/or 19q (86%). CONCLUSION: Approximately 50% of patients with astrocytic WHO grade II gliomas respond to RT despite the absence of LOH for 1p/19q. The potential predictive factors for response and the impact of response on overall survival remain unclear.

Applicability and dosimetric impact of ultrasound-based preplanning in high-dose-rate brachytherapy of prostate cancer

BACKGROUND AND PURPOSE: Analyses of permanent brachytherapy seed implants of the prostate have demonstrated that the use of a preplan may lead to a considerable decrease of dosimetric implant quality. The authors aimed to determine whether the same drawbacks of preplanning also apply to high-dose-rate (HDR) brachytherapy. PATIENTS AND METHODS: 15 patients who underwent two separate HDR brachytherapy implants in addition to external-beam radiation therapy for advanced prostate cancer were analyzed. A pretherapeutic transrectal ultrasound was performed in all patients to generate a preplan for the first brachytherapy implant. For the second brachytherapy, a subset of patients were treated by preplans based on the ultrasound from the first brachytherapy implant. Preplans were compared with the respective postplans assessing the following parameters: coverage index, minimum target dose, homogeneity index, and dose exposure of organs at risk. The prostate geometries (volume, width, height, length) were compared as well. RESULTS: At the first brachytherapy, the matching between the preplan and actual implant geometry was sufficient in 47% of the patients, and the preplan could be applied. The dosimetric implant quality decreased considerably: the mean coverage differed by -0.11, the mean minimum target dose by -0.15, the mean homogeneity index by -0.09. The exposure of organs at risk was not substantially altered. At the second brachytherapy, all patients could be treated by the preplan; the differences between the implant quality parameters were less pronounced. The changes of prostate geometry between preplans and postplans were considerable, the differences in volume ranging from -8.0 to 13.8 cm(3) and in dimensions (width, height, length) from -1.1 to 1.0 cm. CONCLUSION: Preplanning in HDR brachytherapy of the prostate is associated with a substantial decrease of dosimetric implant quality, when the preplan is based on a pretherapeutic ultrasound. The implant quality is less impaired in subsequent implants of fractionated brachytherapy.

The effectiveness and safety of proton radiation therapy for indications of the eye : a systematic review

BACKGROUND AND PURPOSE: : Proton radiation has been used for the treatment of uveal melanoma since 1975, but few studies have been conducted to assess its efficacy and safety. This paper aims to systematically review the effects and side effects of proton therapy for any indication of the eye. MATERIAL AND METHODS: : A range of databases were searched from inception to 2007. All studies that included at least ten patients and that assessed the efficacy or safety of proton therapy for any indication of the eye were included. RESULTS: : The search generated 2,385 references, of which 37 met the inclusion criteria. Five controlled trials, two comparative studies and 30 case series were found, most often reporting on uveal melanoma, choroidal melanoma and age-related macular degeneration (AMD). Methodological quality of these studies was poor. Studies were characterized by large differences in radiation techniques applied within the studies, and by variation in patient characteristics within and between studies. Results for uveal melanoma and choroidal melanoma suggest favorable survival, with, however, significant rates of side effects. Results for choroidal hemangioma and AMD did not reveal beneficial effects from proton radiation. CONCLUSION: : There is limited evidence on the effectiveness and safety of proton radiation due to the lack of well-designed and well-reported studies. There is a need to lift evidence on proton therapy to a higher level by performing dose-finding randomized controlled trials (RCTs), comparative studies of proton radiation versus standard given alternatives and prospective case studies enrolling only patients treated with up-to-date techniques, allowing extrapolation of results to similar patient groups.

Prospective study of exclusive strontium-/yttrium-90 beta-irradiation of primary and recurrent pterygia with no prior surgical excision. Clinical outcome of long-term follow-up

PURPOSE: To evaluate the consecutive treatment results regarding pterygium recurrence and the efficacy of exclusive strontium-/yttrium-90 beta-irradiation for primary and recurrent pterygia and to analyze the functional outcome. PATIENTS AND METHODS: Between October 1974 and December 2005, 58 primary and 21 recurrent pterygia were exclusively treated with strontium-/yttrium-90 beta-irradiation with doses ranging from 3,600 to 5,500 cGy. The follow-up time was 46.6 +/- 26.7 months, with a median of 46.5 months. RESULTS: The treatment led to a size reduction in all pterygia (p < 0.0001). Neither recurrences nor side effects were observed during therapy and follow-up in this study. Best-corrected visual acuity increased (p = 0.0064). Corneal astigmatism was reduced in recurrent pterygia (p = 0.009). CONCLUSION: Exclusive strontium-/yttrium-90 beta-irradiation of pterygia is a very efficient and well-tolerated treatment, with remarkable aesthetic and rehabilitative results in comparison to conventional treatments, especially for recurrent lesions which have undergone prior surgical excision.