افزایش دوز ناشی از تزریق نانوذرات طلا، گادلینیوم، آهن و تیتانیوم به تومورهای سرطانی در براکی‌تراپی با چشمه ایریدیم- 192: روش مونت‌کارلو

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه فیزیک پزشکی، دانشکدۀ پزشکی، دانشگاه علوم پزشکی جندی‌شاپور اهواز، ایران.

2 گروه رادیولوژی دهان، فک و صورت، دانشکدۀ دندانپزشکی، دانشگاه علوم پزشکی جندی‌شاپور اهواز، ایران.

چکیده

زمینه و هدف: در برهمکنش­های فوتون با ماده، افزایش عدد اتمی ماده هدف و کاهش انرژی فوتون تابشی جذب فوتوالکتریک را در آن ماده افزایش می­دهد. در مطالعة حاضر فاکتور افزایش دوز (Dose Enhancmenet Factor) تومور پر شده با نانوذرات (Nano Particles) برای براکی­تراپی با چشمه ایریدیم- 192 مطالعه شد.
روش بررسی: محاسبات مونت­کارلو برای تعیین افزایش دوز ناشی از چشمه ایریدیم- 192 با کد MCNP4C  انجام شد. مدل مخلوط آب- نانوذرات برای توزیع یکنواخت نانوذرات طلا، گادلینیوم، آهن و تیتانتیوم با غلظت­های 7، 18 و mgr/gr 30 در حجم توموری که در فاصله cm 5/1 از چشمه در مرکز فانتوم آب قرار داده شده در نظر گرفته شد. 
یافته­ها: فاکتور افزایش دوز برای نانوذرات طلا برابر با 049/1، 122/1، 201/1 و برای نانوذرات گادلینیوم برابر با 033/1، 083/1 و 136/1 به­ترتیب با غلظت­های 7، 18 و mrg/gr 30 تخمین زده شد. میزان افزایش دوز برای آهن و تیتانیوم قابل ملاحظه نبود. افزایش فاصلة شعاعی تومور از چشمه (از 5/1 تا cm 5) فاکتور افزایش دوز را (تا 3/22%) افزایش می­دهد.
 نتیجه­گیری: نتایج ما پیش­گویی می­کند که پرکردن تومور با نانوذرات با اعداد اتمی بالا مانند طلا به­دنبال پرتوگیری از چشمه براکی­تراپی با آهنگ دوز بالای  ایریدیم-192 دوز جذبی تومور را به­دلیل افزایش برهمکنش­های فوتوالکتریک افزایش داده و منجر به بهبود بهره درمانی می­شود. فاصله شعاعی تومور از چشمه به­دلیل کاهش انرژی میانگین در اثر تضعیف و افزایش غلظت نانوذرات و نیز به­دلیل افزایش جذب فوتوالکتریک فاکتور افزایش دوز را افزایش می­دهد.

کلیدواژه‌ها


1-Steel GG. Basic clinical radiobiology. 3rd ed.  London: Arnold; 2002.

2-Khan FM. The physics of radiation therapy. 4th ed. Philadelphia: Lippincott Williams & Wilkins; 2010.

3- Rose JH, Norman A, Ingram M, Aoki C, Solberg T, Mesa A. First radiotherapy of human metastatic brain tumors delivered by a computerized tomography scanner (CTRx). Int J Radiat Oncol Biol Phys 1999;45(5):1127-32.

4-Herold DM, Das IJ, Stobbe CC, Iyer RV, Chapman JD. Gold microspheres: a selective technique for producing biologically effective dose enhancement. Int J Radiat Biol 2000;76(10):1357-64.

5- Santos Mello R, Callisen H, Winter J, Kagan AR, Norman A. Radiation dose enhancement in tumors with iodine. Med Phys 1983;10(1):75-8.

6-Cho SH. Estimation of tumour dose enhancement due to gold nanoparticles during typical radiation treatments: a preliminary Monte Carlo study. Phys Med Biol 2005;50(15):N163-73.

7-Hainfeld JF, Dilmanian FA, Slatkin DN, Smilowitz HM. Radiotherapy enhancement with gold nanoparticles. J Pharm Pharmacol 2008;60(8):977-85.

8-Sakamoto JH, Smith BR, Xie B, Rokhlin SI, Lee SC, Ferrari M.. The molecular analysis of breast cancer utilizing targeted nanoparticle based ultrasound contrast agents. Technol Cancer Res Treat 2005;4(6):627–36.

9-Bullis K. Remotely activated nanoparticles destroy cancer. Technology Review 2007. Available From: http://www.technologyreview.com/Nanotech/17956/.  Accessed November 25, 2007.

10-Sullivan DC, Ferrari M. Nanotechnology and tumor imaging: seizing an opportunity. Mol Imaging 2004;3(4):364–9.

11-Zheng Y, Sanche L. Gold nanoparticles enhance DNA damage induced by anti-cancer drugs and radiation. Radiat Res 2009;172(1):114-9.

12-Hainfeld JF, Slatkin DN, Smilowitz HM. The use of gold nanoparticles to enhance radiotherapy in mice. Phys Med Biol 2004;49(18): N309-15.

13-Zhang SX, Gao J, Buchholz TA, Wang Z, Salehpour MR, Drezek RA, et al. Quantifying tumor-selective radiation dose enhancements using gold nanoparticles: a monte carlo simulation study. Biomed Microdevices 2009;11(4):925-33.

14-Cho SH, Jones BL, Krishnan S. The dosimetric feasibility of gold nanoparticle-aided radiation therapy (GNRT) via brachytherapy using low-energy gamma-/x-ray sources. Phys Med Biol 2009;54(16):4889-905.

15-Van den Heuvel F, Locquet JP, Nuyts S. Beam energy considerations for gold nano-particle enhanced radiation treatment. Phys Med Biol 2010;55(16):4509–20.

16-Gual MR, Caridad M, Cardona A, Landy Y, González C, García JR. Use of nanoparticles in brachytherapy-an alternative for enhancing doses in cancer treatment. Proceedings of the International Congress on Medical Physics and Biomedical Engineering; 2009 September 7 - 12; Munich, Germany.

17- Karaiskos P, Angelopoulos A, Sakelliou L, Sandilos P, Antypas C, Vlachos L, et al. Monte Carlo and TLD dosimetry of an 192Ir high dose-rate brachytherapy source. Med Phys 1998;25(10): 1975-84.

18- Rivard MJ, Coursey BM, DeWerd LA, Hanson WF, Huq MS, Ibbott GS, et al. Update of AAPM Task Group No. 43 Report: A revised AAPM protocol for brachytherapy dose calculations. Med Phys 2004;31(3):633-74.

19-Baltas D, Karaiskos P, Papagiannis P, Sakelliou L, Loeffler E, Zamboglou N. Beta versus gamma dosimetry close to Ir-192 brachytherapy sources. Med Phys 2001;28(9):1875-82.

20- Jones BL, Krishnan S, Cho SH. Estimation of microscopic dose enhancement factor around gold nanoparticles     by Monte Carlo calculations. Med Phys. 2010;37(7):3809-16.