Estudio in vitro de la supervivencia en células tumorales irradiadas con un acelerador lineal de uso clínico

Abstract

El Trabajo Final de Maestría en Física Médica presentado es un estudio sobre el efecto de las radiaciones ionizantes en células cancerígenas de colon y cérvix en función de la supervivencia celular. Contó con la participación y apoyo del grupo de investigación de Física Médica de la Universidad Nacional de Colombia, el grupo BIO-BIO de Bioquímica de la Universidad del Rosario y el grupo de Física Médica del Instituto Nacional de Cancerología E.S.E. El objetivo principal fue estudiar en condiciones in vitro el comportamiento de las células luego de ser expuestas a radiaciones ionizantes para evidenciar el efecto que tiene el nivel de oxígeno con el que fueron cultivadas en términos de supervivencia. Las líneas celulares fueron incubadas en condiciones normales de O2 y el estado de hipoxia se llevó a cavo físicamente con una cámara especial que permite controlar las concentraciones de varios gases dentro de ella. Como estudio adicional se comparó la supervivencia obtenida con las células cultivadas en hipoxia física frente aquellas que crecieron en un mimético químico de hipoxia (deferoxamina-DFO) con el fin de evaluar una respuesta global que mostrara las posibles diferencias de ambos métodos de cultivo. Las células se irradiaron en un acelerador lineal de uso clínico con haces de fotones de rayos X y haces de electrones del orden de los MeV. También se usó una unidad de Co60 con fotones Γ que corresponde a una energía nominal de 1.25 MeV. Para garantizar la adecuada irradiación se construyó un simulador físico en parafina, por su densidad electrónica parecida a la del agua, que portará el medio de suspensión de las células y sirviera como material de retrodispersión y equilibrio electrónico. Se realizó una dosimetría con cámara de ionización, con un arreglo de diodos (Map-CheckR) y una película radiográfica que demostró conformidad en la entrega de dosis prescrita. También se comprobó que el material del que se fabricó el simulador no interfirió con la planeación dosimétrica que tiene como objetivo calcular el tiempo requerido de exposición de la máquina para entregar una dosis deseada. Los resultados obtenidos mostraron un comportamiento coherente de la supervivencia de las células que obedecen al modelo lineal cuadrático para regiones de bajas dosis, de igual manera, se encontró que el ajuste se pierde cuando se trata de dosis superiores a 5-6G y siendo necesario un nuevo modelo que describa su comportamiento. Al comparar la hipoxia para una misma línea celular que fue irradiada con diferente tipo de radiación (por ejemplo fotones de 6MV y electrones de 6MeV), no se mostró algún cambio importante en la supervivencia. De igual modo, el efecto de la variación de la energía nominal (por ejemplo fotones de 6 y 15MeV) tampoco produjo un cambio sustancial. La tasa de dosis no fue un factor que se tuviera en cuenta en esta experiencia ya que se ha reportado que las variaciones ofrecida por un acelerador lineal de uso clínico no representan cambios en la supervivencia global. / Abstract: The Final Work of Medical Physics Master presented is a study about the effect of ionizing radiation in survival function of colon and cervical cancer cells. It involved the participation and support of the research group of Medical Physics, National University of Colombia, the BIO-BIO group of Biochemistry at the University of Rosario and Medical Physics group National Cancer Institute ESE. The main objective was to study in vitro behavior of the cells following exposure to ionizing radiation to demonstrate the effect of the oxygen level in which they were grown in terms of survival. The cell lines were incubated in O2 normal state and hypoxia was physically obtained with a special camera that allows controlling the concentrations of various gases within it. As additional study, we compared the survival obtained with cells grown in physical hypoxia versus those grew with chemical hypoxia mimetic (DFO-DFO) because assess the global response to show any differences in both culture methods. The cells were irradiated in a clinical linear accelerator with X-ray photon beams and electron beams on the order of MeV. Also used a unit with Co60 corresponding to a gamma photons with nominal energy of 1.25MeV. To ensure adequate irradiation physical simulator was built in paraffin, its electron density are similar to the water, which will carry the suspension medium and cells serve as backscatter material and electronic balance. Dosimetry was performed with ionization chamber with a diode array (Map-CHECKR) and a radiographic film demonstrating compliance in delivery of prescribed dose. It was also found that the material was manufactured simulator did not interfere with dosimetric planning which aims to calculate the exposure time required for the machine to deliver a desired dose. The results showed a consistent behavior of the cell survival that obey the linear quadratic model for low dose regions, likewise, it was found that the adjustment is lost when doses above 5-6Gy necessitating a new model to describe their behavior. When compared to a single hypoxic cell line was irradiated with different types of radiation (eg photons and electrons 6MeV 6MV) was not a significant change in survival. Similarly, the effect of varying the nominal energy (e.g. photons and 15MeV 6) did not produce a substantial change. The dose rate was not a factor to be taken into account in this experience because it has been reported that variations o_ered by a clinical linear accelerator not represent changes in overall survival.