Sumário das Evidencias Clinicas Após Tratamento Paliativo de Metástases Ósseas com

Paliativo de Metástases Ósseas com Radiofármacos

Algumas conclusões gerais que se podem retirar sobre o uso de radiofármacos para terapia paliativa de metástases ósseas são (Maini et al., 2003):

• Existe um atraso na resposta ao tratamento, tipicamente de 1 a 3 semanas após a injeção, que é mais curta com radiofármacos de semi-vida curta (por exemplo, 186Re-HEDP e 153Sm-EDTMP);

• A duração do efeito terapêutico é variável, usualmente reportado entre os 2 e 6 meses, e é diretamente proporcional ao tempo de semi-vida do radioisótopo;

• Trombocitopenia e mielossupressão são os efeitos secundários mais comuns, mas raramente atingem níveis elevados de severidade e, possivelmente, poderão ser menos significativa com radiofármacos de semi-vida curta;

• O tratamento paliativo de metástases ósseas com radiofármacos pode ser repetido de forma eficiente e frequentemente sem significativa toxicidade; • O tratamento é mais efetivo em pacientes com melhor score de Karnofsky,

sendo este score, um sistema que classifica os pacientes numa escala de 0 a 100, onde 100 corresponde a saúde perfeita e 0 à morte.

A tabela 20 apresenta as características físicas e clínicas dos radionuclídeos mais frequentemente utilizados em terapia paliativa de metástases ósseas.

Radionuclídeo 32_P 89_Sr 186_Re 153_Sm

Propriedades Físicas

Semi-vida 14.3d 50.5d 3.77d 1.95d Máxima

Emissão β 1.71Mev 1.46MeV 1.07MeV 0.805MeV Penetração

Máxima 8.7mm 8.0mm 5.0mm 3.0mm Emissão Gama Ausente Ausente 137KeV 103KeV

Imagem Não Não Sim Sim

Isolação Não Não Sim Sim

Espetos Clínicos:

Dose 370MBq 150MBq 1.4GBq 37MBq/kg Formula química Fosfato Clorídrico HEDP EDTMP Taxa de resposta 74-87% 75-80% 79% +65%

Efeitos

secundários Significantes Mínimo Mínimo Mínimo Vantagens Custo Ambulatório Imagem Imagem Desvantagens Dose da medula

óssea Custo

Custo

Tabela 21: Principais características dos radioisótopos mais comummente utilizados em radioterapia paliativa faz metástases ósseas (Hoefnagel, 1998)

4.5 Sumário

A terapia com radiofármacos com alta afinidade pelo tecido ósseo é uma das intervenções terapêuticas mais antigas na medicina nuclear, sendo hoje utilizada como um método efetivo no tratamento paliativo de metástases ósseas. Radiofármacos com propriedades químicas captadas pelo osso (bone-seeking) tornam possível a libertação de radiação terapêutica diretamente no local da lesão, mesmo quando se encontra disseminada por todo o esqueleto. Vários novos radiofármacos com potencial terapêutico tem vindo a surgir nos últimos 10 anos.

Atualmente são comercializados 4 radiofármacos para fins terapêuticos de metástases ósseas, sendo eles o Fósforo-32 (Fosfato de sódio), o Cloreto de Estrôncio-89, comercialmente conhecido como Metastron, o Samário-153-EDMP comercialmente conhecido como Quadramet e o Cloreto de Rádio-223 comercialmente conhecido como Xofigo. Muitos outros agentes terapêuticos encontram-se em ensaios clínicos ou em fases de teste como o caso dos radioisótopos Rénio-188, Estanho-117m, entre outros.

Capı́tulo 5

5.1 Introdução

Existem três propriedades das partículas radioativas de alta LET que as distinguem da radiação convencional. Primeiro, estas têm uma trajetória de penetração na matéria definida em vez de um perfil de absorção. Segundo, elas podem sofrer reações nucleares que produzem partículas secundárias. Em terceiro, e mais importante, estas partículas depositam energia ao longo de um caminho linear bem definido ou em faixas em vez de campos difusos.

A energia depositada, segundo padrões estruturais, interage em múltiplas escalas com estruturas biológicas do ADN, células e tecidos que produzem padrões de danos que superam os mecanismos de reparação. Padrões únicos de lesões no ADN, expressão genética, mobilização de proteínas de reparação e remodelação do microambiente celular são observados após irradiação com radiação de alto LET. Os resultados do controlo tumoral podem assim ser obtidos através da análise cuidada desses mesmos padrões, que podem levar a apoptose das células tumorais.

5.2 Resposta à Irradiação

A resposta dos tumores a radiação pode ser compreendida através da resposta celular (células tumorais e do estroma) que preenchem o tumor. Amplamente utilizado para medir o atraso no crescimento, por exemplo medir a diferença de tempo para um tumor tratado e não tratado atingirem um determinado tamanho ou controlo tumoral. A taxa de resposta do tumor depende da taxa de proliferação celular, porque as células normalmente expressam as suas lesões em catástrofes mitóticas. Logo, um tumor que contém grandes proporções de células proliferativas tende a expressar as lesões nas células mais cedo e regredir mais rapidamente.

Como o controlo tumoral depende da destruição de todas as células germinativas tumorais, a percentagem destas células no tumor e o tamanho do tumor pode ter uma grande influência na dose necessária para o controlo tumoral. Para um modelo simples, que assume que a resposta tumoral a radiação depende da resposta individual das células, a dose de radiação necessária para atingir o controlo tumoral unicamente depende da radiossensibilidade das células germinativas tumorais e do

seu número. O número de células germinativas pode ser estimado através do tamanho do tumor e estimativa a cerca da sua fração. O mesmo conhecimento utilizado nas curvas de sobrevida para as células no tumor, possibilita calcular o nível de sobrevivência após uma dose administrada. Devido a natureza aleatória das lesões provocadas pela radiação haverá uma flutuação estatística em volta desse valor. É possível então criar um modelo teórico do controlo tumoral versos a curva de dose, expressa por uma relação sigmoidal. A posição da curva relativamente à dose vai depender do número de células germinativas e o declive da radiossensibilidade dessas mesmas células. É expectável que tumores de maiores dimensões necessitem de ser tratadas com maiores doses, este efeito é exacerbado por diferentes condições do microambiente que influenciam a radiossensibilidade celular, como a hipoxia. As células em regiões de hipoxia constituem um alvo importante para o tratamento, uma vez que são capazes de desenvolver novamente o tumor se sobreviver.

5.3 Modelos de Tracking

A característica fundamental das partículas carregadas que permite a distinção da radiação convencional é que a deposição de energia ocorre de forma estruturada segundo um caminho ou traçado linear, enquanto a radiação eletromagnética deposita energia por padrões difusos.

A dose absorvida é designada como a quantidade total de energia absorvida pelo material por unidade de volume (Todd, 2003). Contudo, a dose nada diz sobre a respeito da distribuição da energia em função da estrutura elementar da massa alvo. Sendo expectável que uma dose de raio X (1 Gray) produza um padrão uniforme de ionização através do alvo (células, tecidos), o mesmo não é verdade para partículas carregadas. No local de deposição, a dose local pode atingir centenas de Grays, mas a alguns micrómetros de distância pode ser próxima de zero (Cucinatta et al. 2000). A dose é ilusória, sendo de extrema importância compreender a relação dos padrões de deposição de energia no contexto da estrutura do alvo, a figura X, contrasta a deposição de energia uniforme com a estruturada.

O alvo usual na investigação radiobiológica é o ADN. Se uma única cadeia de ADN é atingida por radiação de alto LET, é possível ver que a ionização se localiza numa curta sequência de pares de bases ou mesmo a um nucleossoma individual. A dose macroscópica associada nestes eventos, com um feixe transversal por célula é na ordem dos 0.1 Gy, enquanto, a energia depositada no local atingido é aproximadamente 80.000 Gy (Cucinotta et al., 2000). Os eventos físicos associados a passagem através da célula de uma partícula carregada ocorrem em menos de 10-15 segundos (Kiefer, 1990). Um aparelho típico de raio X produz taxas de doses na ordem dos 10 Gy por minuto, o que levaria horas a produzir a mesma dose local.

Os radicais livres derivados dos processos de ionização, são altamente reativos e completam a maioria das suas reações em menos de 10-9 segundos, que unicamente permite que se afastem aproximadamente 3 nanómetros do local de origem antes de reagirem entre eles ou moléculas orgânicas (Ward, 1996).

Conclui-se assim que a escala temporal dos mecanismos de reparação são incompatíveis com os danos instantâneos produzidos pela radiação das partículas carregadas, mas é efetivamente relevante na reparação dos danos provocados pelo raio X, tabela 21.

Tabela 22: Caraterização temporal das diversas ação da radiação no tecido alvo (Nikjoo, 2003)

Tempo (S) Evento

Fase Física Transferência de energia 10-18 _{Partícula transpassa a molécula}

10-15 _Ionização

10-14 _{Excitação (vibração e dissociação molecular)}

Fase Química Formação dos radicais livres e produtos moleculares 10-12 _{Dissociação dos radicais livres}

10-10 _{Radicais reagem com o soluto}

10-8 _{Formação dos produtos moleculares}

10-5 _{Conclusão das reações químicas}

Fase Bioquímica

1s – 1h Reações enzimáticas e processos de reparação Fase Biológica Instabilidade genómica, mutações e aberrações

1h – 100a Morte celular Efeitos

Precoces Meses Dias - Morte das células estaminais e perda da proliferação celular Efeitos Tardios Dias - Anos Fibroses, lesões nos vasos sanguíneos, lesões na

Carcinogénese Alguns anos Aparecimento de tumores e tumores secundários

A taxa de produção de quebras duplas (DSB) e a proporção de DSB por quebras simples (SSB) produzidos são mais elevadas para a radiação das partículas carregadas do que para os fotões. Os locais de danos complexos são proporcionais à concentração de ionização em pequenas regiões de cromatina. Estes danos complexos levam a deleções, onde o tamanho em função da frequência de distribuição corresponde a dimensão do caminho da radiação, Figura 22.

Figura 22:Contraste entre a deposição de energia por radiações de baixa (à direita) e alta (à esquerda) LET (Nelson, 2003).

Foram desenvolvidos modelos estruturais de tracking como uma nova ferramenta para melhor e facilitar o estudo dos mecanismos inerentes aos efeitos da radiação em diferentes meios. Estes modelos têm contribuído para a interpretação das relações dose-efeito, para compreender as diferenças entre radiações de alta e baixa LET, quantificação das lesões no ADN e quantificação do espectro de lesões.

Como já foi referido, os mecanismos envolvidos na radiação carcinogénica são complexos e envolvem um fastigioso número de passos que podem ser simplificados para alguns pontos principais. O primeiro passo é a “lesão molecular”, incluindo as SSBs, DBSs, entre outras lesões, que são consequências dos processos rápidos de deposição de energia. A tabela 22 apresenta um resumo da quantificação dos efeitos de 1 Gy de radiação em células de mamíferos.

Tabela 23: Quantificação dos efeitos numa célula de mamíferos após a irradiação com 1 Gy (Nikjoo et al. 1998)

Radiação Baixo LET Alto LET Trajetórias no núcleo 1000 2 Ionizações no núcleo 100000 100000 Ionizações no ADN 1500 1500 Bases lesadas 104 ₁₀4 SSBs 850 450 Crosslink de proteínas 150 - Aberrações cromossómicas 0-3 2-5 Aberrações complexas 10% 45% Instabilidade cromossómica <10% 40% Inativação celular 30% 85%

Os danos moleculares estão sujeitos a amplificações e reparações, que podem levar a danos específicos como aberrações cromossómicas, instabilidade cromossómica. A resposta biológica das células pode levar horas ou mesmo anos para ser observada desde irradiação até a expressão final de malignidade, que pode depender da severidade da exposição e condições físicas e fisiológicas.

O objetivo imediato dos modelos é compreender e quantificar o espectro dos danos moleculares produzido por radiação de diferentes qualidades no genoma humano, para isso tem sido utilizado o código Monte Carlo.

A utilização do código Monte Carlo para o cálculo do transporte de eletrões e iões em meios biológicos, tem sido aplicado por diversos grupos de investigação, a imagem 23, lista a maioria dos códigos disponíveis.

Ilustração 23: Códigos Monte Carlo com relevância científica (Nikjoo et al., 1998)

Com o aparecimento de modelos mais sofisticados é agora possível estimar o espectro de danos no ADN em termos de complexidade dos danos para radiações de baixo e alto LET (Goodhead & Nikjoo 1997).

Os modelos radiobiológicos permitiram:

• Interpretação mecânica da relação dose-efeito;

• Compreensão das diferenças entre radiações de baixo e alto LET; • Compreensão dos efeitos relacionados com baixas doses;

• Estudo do espectro de lesões no ADN; • Conceito da lesão vs clustered;

• Quantificação das lesões no ADN; • Modelos para guias experimentais.

5.4 Sumário

Neste capítulo foi possível observar que a resposta dos tumores a radiação pode ser compreendida através da resposta celular que preenchem o tumor. E para melhor e mais rapidamente compreender todo o processo de controlo tumoral através da

radiação, em muito tem contribuído os modelos radiobiológicos, através da análise detalhada da interação das partículas carregadas, radiação de alta LET, com a estrutura elementar do material biológico que esta atinge.

Sabe-se que as partículas carregam, depositam grandes quantidades de energia num curto espaço de tempo, o que produz lesões complexas e DSBs impossíveis de reparar pelos mecanismos de reparação intrínsecos das células, pois estas ocorrem num período temporal incompatível com o das reparações levando a morte celular.

Inúmeros modelos têm vindo a ser desenvolvidos nesta área de interesse, em quase todos eles utiliza-se o código Monte Carlos para de uma forma mais simples descrever os processos altamente complexos da interação radiação matéria. Com o aparecimento de modelos mais aprimorados é agora exequível estimar o espectro de danos no ADN e os seus efeitos biológicos.

Capı́tulo 6

Conclusões Finais

e Perspetivas Futuras

6.1 Conclusões Finais

Um radiofármaco cujo radionuclídeo é um emissor de partículas α, partículas β- _ou

eletrões de Auger apresenta potencial terapêutico quando o radionuclídeo que o compõe possui um perfil de decaimento adequado, isto é, semi-vida física adequada às características biológicas do tumor que se pretende tratar; nuclídeo-filho estável e com semi-vida física superior a 60 dias; um poder de penetração nos tecidos e energia de decaimento nas gamas desejadas, de forma a minimizar exposição de organs e tecidos não alvo. Outras características que um radiofármaco deve possuir para ser considerado promissor enquanto agente terapêutico incluem semi-vida biológica compatível com a cinética celular e tempo de ligação ao ADN da célula alvo consistente com a semi-vida física do radionuclídeo. Para além disso, o radiofármaco deve ser economicamente preparado com uma elevada atividade específica.

De entre os radionuclídeos disponíveis para a terapia paliativa das metástases ósseas destacam-se s 32P, 89Sr, 90Y, 117mSn, 153Sm, 166Ho, 170Tm, 177Lu, 186Re, 188Re e o 223Ra. As principais características físicas destes radionuclídeos foi apresentada neste documento, concluindo-se que o XX apresenta a semi-vida física mais longa de todos, enquanto o YY apresenta a energia total mais elevada (ZZ MeV)……..

Como se viu no capítulo 4, a forma química do radiofármaco afectará a sua captação por parte da célula, e consequentemente a sua capacidade em induzir a morte celular por danos no ADN. Dado que o objetivo é a captação do radiofármaco pelo tecido ósseo, este tem que possuir uma forma química semelhante ao cálcio, obtendo assim um biodistribuição muito favorável e como os eletrões tem baixo poder de penetração nos tecidos (entre XX e XX mm), previne-se a mielosupressão da medula.

O mecanismo ideal de morte celular é, conforme explicado no capítulo 2, a apoptose. Este ao contrário da necrose, não invoca o processo inflamatório, o que constitui uma enorme vantagem, permite a morte seletiva de células, pelo que, cada vez mais a terapia tumoral procura induzir apoptose de células danificadas, evitando o dano das células vizinhas. Também, nesta perspetiva, uma radioterapia dirigida pode invocar a apoptose, pela indução de danos irreparáveis no ADN, pois quando as partículas são

emitidas perto do ADN, estas depositam muita energia num volume muito pequeno, igual as radiações de alto LET, ativando deste modo os processos apoptótico.

Com o crescente interesse da utilização de radiofármacos com fins terapêuticos têm sido desenvolvidos vários modelos e simuladores radiobiológicos com capacidade de descrever o comportamento da radiação no material biológico de uma forma relativamente simples e precisa, tal como descrito no capítulo 5.

6.2 Perspetivas Futuras

O presente documento serve como pesquisa introdutória à Dissertação, pois procurou- se neste trabalho expor o estado de arte no que respeita aos efeitos terapêuticos dos radioisótopos com caraterísticas vantajosas ao tratamento de metástases ósseas. Algumas conclusões podem ser retiradas da pesquisa minuciosa realizada, contudo, aquela que mais sobressai é a indubitável necessidade de clarificar qual a eventual aplicabilidade de cada um deles enquanto agente terapêutico.

Num futuro próximo, pretende-se desenvolver um trabalho mais prático, cujo objetivo principal é contribuir para um melhor conhecimento das potencialidades dos diferentes radionuclídeos, através da realização de simulações de diferentes cenários patológicos, com doses de irradiação variáveis e diferentes tipos celulares. Pretende-se também estudar células com radiossensibilidades diferentes, ou seja, com diferentes respostas à irradiação, para se concluir qual o melhor radiofármaco a utilizar em cada situação. Finalmente, pretende-se também avaliar as lesões provocadas pelos isótopos radioativos, com comparação do número de danos complexos e quebras duplas, de forma a inferir sobre a probabilidade de indução de apoptose no diferentes cenários.

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