Zweck: Die klinische Protonenstrahltherapie basiert auf der Verwendung einer generischen relativen biologischen Wirksamkeit (RBE) von 1,0 oder 1,1, da die verfügbaren Beweise so interpretiert wurden, dass sie darauf hindeuten, dass das Ausmaß der RBE-Variation mit den Behandlungsparametern im Verhältnis zu unseren Fähigkeiten zur Bestimmung von RBEs gering ist. Da sich umfangreiche klinische Erfahrungen und zusätzliche experimentelle Bestimmungen von RBE angesammelt haben und die Anzahl der Protonenstrahlentherapiezentren voraussichtlich zunehmen wird, ist es angebracht, die Gründe für die fortgesetzte Verwendung eines generischen RBE und für diesen RBE auf 1,0-1,1 zu überdenken.

Methoden und Materialien: Ergebnisse experimenteller Bestimmungen von RBE von In vitro- und In vivo-Systemen werden untersucht, und dann werden einige der Überlegungen bewertet, die für eine Entscheidung entscheidend sind, von einem generischen zu einem Gewebe-, dosis / Fraktion- und gewebespezifischen RBE-Wert überzugehen. Der Einfluss eines Fehlers in dem RBE-Wert auf die Wahrscheinlichkeit normaler Gewebekomplikationen (NTCP) wird diskutiert. Die Inzidenz schwerer Morbidität bei protonenbehandelten Patienten im Massachusetts General Hospital (MGH) für bösartige Tumoren der Schädelbasis und der Prostata wird überprüft. Es folgt eine Analyse der Größe des experimentellen Aufwands, um einen Fehler in der RBE von >or=10% unter Verwendung von In-vivo-Systemen auszuschließen.

Ergebnisse: Die veröffentlichten RBE-Werte, unter Verwendung der Koloniebildung als Maß für das Zellüberleben, aus In-vitro-Studien weisen auf eine erhebliche Streuung zwischen den verschiedenen Zelllinien hin. Der Durchschnittswert bei mid SOBP (Spread Out Bragg Peak) über alle Dosisstufen beträgt ungefähr 1,2 und reicht von 0,9 bis 2,1. Der durchschnittliche RBE-Wert bei mid SOBP in vivo beträgt ungefähr 1,1 und reicht von 0,7 bis 1,6. Insgesamt weisen sowohl In-vitro- als auch In-vivo-Daten auf einen statistisch signifikanten Anstieg der RBE für niedrigere Dosen pro Fraktion hin, der für In-vivo-Systeme viel geringer ist. Es besteht Einigkeit darüber, dass es einen messbaren Anstieg der RBE über die letzten Millimeter des SOBP gibt, was zu einer Erweiterung des bioeffektiven Bereichs des Strahls im Bereich von 1-2 mm führt. Es gibt keinen veröffentlichten Bericht, der darauf hinweist, dass die RBE von 1,1 niedrig ist. Ein erheblicher Teil der Patienten, die vor 5 oder mehr Jahren mit ungefähr 2 Kobaltgrauäquivalenten (CGE) / Fraktion behandelt wurden, wurde jedoch mit einer Kombination aus Protonen- und Photonenstrahlen behandelt. Würde die RBE fälschlicherweise um ca.10% unterschätzt, wäre die Zunahme der Komplikationshäufigkeit sehr gravierend, wenn die Komplikationsinzidenz für die Referenzbehandlung >or=3% und die Steigung der Dosis-Wirkungs-Kurven steil wären, z.B. ein Gamma(50) von ca. 4. Um >or=1.2 als korrekten RBE für einen bestimmten Zustand oder ein bestimmtes Gewebe an der 95% -Konfidenzgrenze auszuschließen, wären relativ große und mehrere Assays erforderlich.

Schlussfolgerungen: Gegenwärtig ist der RBE-Wert für jedes menschliche Gewebe zu unsicher, um RBE-Werte vorzuschlagen, die für Gewebe, Dosis / Fraktion, Protonenenergie usw. spezifisch sind. Die experimentellen In-vivo- und klinischen Daten zeigen, dass die fortgesetzte Verwendung eines generischen RBE-Wertes und ein Wert von 1,1 angemessen ist. Es gibt jedoch eine lokale „heiße Region“ über den letzten Millimetern des SOBP und eine Erweiterung des biologisch wirksamen Bereichs. Dies muss bei der Behandlungsplanung berücksichtigt werden, insbesondere bei Einzelfeldplänen oder bei einem Bereichsende in oder in der Nähe einer kritischen Struktur. Es besteht ein klarer Bedarf an prospektiven Bewertungen normaler Gewebereaktionen bei protonenbestrahlten Patienten und Bestimmungen von RBE-Werten für mehrere spät ansprechende Gewebe in Labortiersystemen, insbesondere als Funktion von Dosis / Fraktion im Bereich von 1-4 Gy.