Sviluppo di un sistema per l'ottimizzazione della dose in radioterapia tramite "dose-painting" basato sui voxel

Il presente lavoro è stato svolto presso la struttura di Fisica Medica dell'Azienda Ospedaliera IRCCS "Arcispedale S. Maria Nuova" di Reggio Emilia e consiste nello sviluppo di un sistema per l'ottimizzazione della dose in Radioterapia tramite dose-painting basato sui voxel. Il dose painting è una tecnica di pianificazione del trattamento di radioterapia che si basa sull'assegnazione o ridistribuzione della dose secondo le informazioni biologiche e metaboliche che i moderni sistemi di imaging sono in grado di fornire. La realizzazione del modulo di calcolo BioOPT è stata possibile grazie all'utilizzo dei due software open-source Plastimatch e CERR, specifici per l'elaborazione e la registrazione di immagini mediche di diversi tipi e formati e per la gestione, la modifica e il salvataggio di piani di trattamento di radioterapia creati con la maggior parte dei software commerciali ed accademici. Il sistema sviluppato è in grado di registrare le immagini relative ad un paziente, in generale ottenute da diverse tipologie di imaging e acquisite in tempi diversi ed estrarre le informazioni biologiche relative ad una certa struttura. Tali informazioni verranno poi utilizzate per calcolare le distribuzioni di dose "ottimale" che massimizzano il valore delle funzioni radiobiologiche utilizzate per guidare il processo di redistribuzione della dose a livello dei voxel (dose-painting). In questo lavoro il modulo è stato utilizzato principalmente per l'ottimizzazione della dose in pazienti affetti da Glioblastoma, un tumore cerebrale maligno tra i più diffusi e mortali. L'ottimizzatore voxel-based, infatti, è stato sviluppato per essere utilizzabile all'interno di un progetto di ricerca finanziato dal Ministero della Salute per la valutazione di un programma di terapia che include l'uso di un innovativo acceleratore lineare ad alto rateo di dose per la cura di tumori cerebrali in fase avanzata. Al fine di migliorare il trattamento radiante, inoltre, lo studio include la somministrazione della dose tramite dose-painting con lo scopo di verificarne l'efficacia. I risultati ottenuti mostrano che tramite il modulo sviluppato è possibile ottenere distribuzioni di dose eterogenee che tengono conto delle caratteristiche biologiche intratumore stimate a partire dalle immagini multimodali. Inoltre il sistema sviluppato, grazie alla sua natura 'open', è altamente personalizzabile a scopi di ricerca e consente di simulare distribuzioni di dose basate sui voxel e di confrontarle con quelle ottenute con i sistemi commerciali ad uso clinico, che non consentono questo tipo di ottimizzazioni.

Dose-painting intensity-modulated proton therapy for intermediate- and high-risk meningioma.

BACKGROUND Newly diagnosed WHO grade II-III or any WHO grade recurrent meningioma exhibit an aggressive behavior and thus are considered as high- or intermediate risk tumors. Given the unsatisfactory rates of disease control and survival after primary or adjuvant radiation therapy, optimization of treatment strategies is needed. We investigated the potential of dose-painting intensity-modulated proton beam-therapy (IMPT) for intermediate- and high-risk meningioma. MATERIAL AND METHODS Imaging data from five patients undergoing proton beam-therapy were used. The dose-painting target was defined using [68]Ga-[1,4,7,10-tetraazacyclododecane tetraacetic acid]- d-Phe(1),Tyr(3)-octreotate ([68]Ga-DOTATATE)-positron emission tomography (PET) in target delineation. IMPT and photon intensity-modulated radiation therapy (IMRT) treatment plans were generated for each patient using an in-house developed treatment planning system (TPS) supporting spot-scanning technology and a commercial TPS, respectively. Doses of 66 Gy (2.2 Gy/fraction) and 54 Gy (1.8 Gy/fraction) were prescribed to the PET-based planning target volume (PTVPET) and the union of PET- and anatomical imaging-based PTV, respectively, in 30 fractions, using simultaneous integrated boost. RESULTS Dose coverage of the PTVsPET was equally good or slightly better in IMPT plans: dose inhomogeneity was 10 ± 3% in the IMPT plans vs. 13 ± 1% in the IMRT plans (p = 0.33). The brain Dmean and brainstem D50 were small in the IMPT plans: 26.5 ± 1.5 Gy(RBE) and 0.002 ± 0.0 Gy(RBE), respectively, vs. 29.5 ± 1.5 Gy (p = 0.001) and 7.5 ± 11.1 Gy (p = 0.02) for the IMRT plans, respectively. The doses delivered to the optic structures were also decreased with IMPT. CONCLUSIONS Dose-painting IMPT is technically feasible using currently available planning tools and resulted in dose conformity of the dose-painted target comparable to IMRT with a significant reduction of radiation dose delivered to the brain, brainstem and optic apparatus. Dose escalation with IMPT may improve tumor control and decrease radiation-induced toxicity.

Art, Painting

Signatur des Originals: S 36/F12235

The Merry Musician. From the painting by Gerrit van Honthorst. In the Museum at Amsterdam

Signatur des Originals: S 36/G04512

The sand hill [Material gráfico] : engraved from an original painting of D. Teniers...

Inscripción en ángulo inf. derech.: "Nº 23"

Painting of fourth, a chromosome-specific protein in Drosophila

Chromosome-specific gene regulation is known thus far only as a mechanism to equalize the transcriptional activity of the single male X chromosome with that of the two female X chromosomes. In Drosophila melanogaster, a complex including the five Male-Specific Lethal (MSL) proteins, “paints” the male X chromosome, mediating its hypertranscription. Here, with the molecular cloning of Painting of fourth (Pof), we describe a previously uncharacterized gene encoding a chromosome-specific protein in Drosophila. Unlike the MSL proteins, POF paints an autosome, the fourth chromosome of Drosophila melanogaster. Chromosome translocation analysis shows that the binding depends on an initiation site in the proximal region of chromosome 4 and spreads in cis to involve the entire chromosome. The spreading depends on sequences or structures specific to chromosome 4 and cannot extend to parts of other chromosomes translocated to the fourth. Spreading can also occur in trans to a paired homologue that lacks the initiation region. In the related species Drosophila busckii, POF paints the entire X chromosome exclusively in males, suggesting relationships between the fourth chromosome and the X and between POF complexes and dosage-compensation complexes.

Development of a bovine X chromosome linkage group and painting probes to assess cattle, sheep, and goat X chromosome segment homologies.

The X chromosome linkage group is conserved in placental mammals. However, X chromosome morphological differences, due to internal chromosome rearrangements, exist among mammalian species. We have developed bovine chromosome painting probes for Xp and Xq to assess segment homologies between the submetacentric bovine X chromosome and the acrocentric sheep and goat X chromosomes. These painting probes and their corresponding DNA libraries were developed by chromosome micromanipulation, DNA micropurification, microcloning, and PCR amplification. The bovine Xp painting probe identified an interstitially located homologous segment in the sheep and goat Xq region, most probably resulting from chromosome inversion. Ten type II (microsatellite) markers obtained from the bovine Xq library and five other X chromosome assigned, but unlinked, markers were used to generate a linkage map for Xq spanning 89.4 centimorgans. The chromosome painting probes and molecular markers generated in this study would be useful for comparative mapping and tracing of internal X chromosome rearrangements in all ruminant species and would contribute to the understanding of mammalian sex chromosome evolution.