Realistic tissue dosimetry models using Monte Carlo simulations. Applications for radionuclide therapies

Sammanfattning: Popular Abstract in Swedish Vid radionuklidterapi används ett radioaktivt läkemedel för behandling av vissa sjukdomar, bl.a. struma och vissa tumörsjukdomar. En radionuklidmärkt målspecifik molekyl administreras till patienten och läkemedlet transporteras via blodomloppet till det sjuka området där molekylens egenskaper gör att läkemedlet ansamlas. Den joniserande strålningen som sänds ut från läkemedlet ger upphov till skador på DNA i cellkärnan. Desto fler skador som inträffar på DNA, desto mindre är chansen att cellen ska kunna reparera skadorna vilket slutligen leder till att cellen slutar fungera eller till och med dör. Måttet som används för att bestämma den deponerade strålningsenergin per massenhet är absorberad dos [Gy]. Att beräkna den absorberade dosen är viktigt för att kunna undvika allvarliga bieffekter av strålningen och därmed kunna optimera behandlingseffekten. Före en ny behandling eller behandlingsstrategi testas på människor utförs ofta studier på råttor och möss. Utvärderingen av behandlingseffekt bör då korreleras mot absorberad dos. Ett led att beräkna absorberad dos ligger i att bestämma var den emitterade energin deponeras. Denna transport av partiklarna kan inte beräknas analytiskt, så istället simuleras transporten av partiklarna i ett datorprogram enligt den så kallade Monte Carlo metoden. För att kunna simulera partiklarnas transport krävs en matematisk modell som beskriver anatomin. De konventionella dosimetrimodellerna använder sig av en väldigt förenklad representation av organen och dess inbördes läge, vilket i slutändan innebär stora osäkerheter i absorberad dos. Detta resulterar i svaga samband mellan beräknad absorberad dos och en studerad biologisk effekt. Målet med denna avhandling har varit att använda sig av realistiska beskrivningar av anatomin för att utveckla nya noggrannare dosimetrimodeller. I de tre första arbetena presenteras dosimetrimodeller som bygger på anatomiskt realistiska matematiska modeller av mus och råtta, vilka kan användas vid dosimetristudier. I arbete III beräknas den absorberade dosen till benmärg hos råtta vid en radionuklidterapi med antikroppar och korreleras med observerad nedgång i cirkulerande blodceller. Två nya metoder att kvantifiera denna biologiska effekt presenteras och visar sig ge en starkare korrelation än tidigare metoder. I de två sista arbetena presenteras två dosimetrimodeller, en för testikel och en för tunntarmens vägg. De konventionella metoderna ger en medelabsorberad dos till hela vävnaden, meden dessa nya modeller tar hänsyn till vävnadens cellstruktur och var de mest strålkänsliga cellerna finns. Detta innebär även att man kan ta hänsyn till hur aktiviteten fördelar sig i organet. Beroende på vilken dosimetrimodell som används, så blir det ofta stora skillnader i beräknad absorberad dos. Med dessa nya modeller får vi en noggrannare bestämning av absorberad dos för de strålkänsliga cellerna och hoppas därmed finna starkare samband med biologiska respons.