Klinik und Poliklinik für Strahlentherapie
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Purpose
To evaluate patient selection criteria, methodology, safety and clinical outcomes of stereotactic body radiotherapy (SBRT) for treatment of vertebral metastases.
Materials and methods
Eight centers from the United States (n = 5), Canada (n = 2) and Germany (n = 1) participated in the retrospective study and analyzed 301 patients with 387 vertebral metastases. No patient had been exposed to prior radiation at the treatment site. All patients were treated with linac-based SBRT using cone-beam CT image-guidance and online correction of set-up errors in six degrees of freedom.
Results
387 spinal metastases were treated and the median follow-up was 11.8 months. The median number of consecutive vertebrae treated in a single volume was one (range, 1-6), and the median total dose was 24 Gy (range 8-60 Gy) in 3 fractions (range 1-20). The median EQD210 was 38 Gy (range 12-81 Gy). Median overall survival (OS) was 19.5 months and local tumor control (LC) at two years was 83.9%. On multivariate analysis for OS, male sex (p < 0.001; HR = 0.44), performance status <90 (p < 0.001; HR = 0.46), presence of visceral metastases (p = 0.007; HR = 0.50), uncontrolled systemic disease (p = 0.007; HR = 0.45), >1 vertebra treated with SBRT (p = 0.04; HR = 0.62) were correlated with worse outcomes. For LC, an interval between primary diagnosis of cancer and SBRT of ≤30 months (p = 0.01; HR = 0.27) and histology of primary disease (NSCLC, renal cell cancer, melanoma, other) (p = 0.01; HR = 0.21) were correlated with worse LC. Vertebral compression fractures progressed and developed de novo in 4.1% and 3.6%, respectively. Other adverse events were rare and no radiation induced myelopathy reported.
Conclusions
This multi-institutional cohort study reports high rates of efficacy with spine SBRT. At this time the optimal fractionation within high dose practice is unknown.
Background
The management of rectal cancer (RC) has substantially changed over the last decades with the implementation of neoadjuvant chemoradiotherapy, adjuvant therapy and improved surgery such as total mesorectal excision (TME). It remains unclear in which way these approaches overall influenced the rate of local recurrence and overall survival.
Methods
Clinical, histological and survival data of 658 out of 662 consecutive patients with RC were analyzed for treatment and prognostic factors from a prospectively expanded single-institutional database. Findings were then stratified according to time of diagnosis in patient groups treated between 1993 and 2001 and 2002 and 2010.
Results
The study population included 658 consecutive patients with rectal cancer between 1993 and 2010. Follow up data was available for 99.6% of all 662 treated patients. During the time period between 2002 and 2010 significantly more patients underwent neoadjuvant chemoradiotherapy (17.6% vs. 60%) and adjuvant chemotherapy (37.9% vs. 58.4%). Also, the rate of reported TME during surgery increased. The rate of local or distant metastasis decreased over time, and tumor related 5-year survival increased significantly with from 60% to 79%.
Conclusion
In our study population, the implementation of treatment changes over the last decade improved the patient’s outcome significantly. Improvements were most evident for UICC stage III rectal cancer.
Die stereotaktische Bestrahlung als Therapie der Wahl bei Tumorerkrankungen ist, verglichen mit anderen Therapieverfahren ein sehr junges Behandlungsverfahren.
Diese Studie evaluiert die Therapie von Abdomen- und Beckentumoren mittels körperstereotaktischer Bestrahlung, stellt die klinischen Ergebnisse dieser Behandlungsform vor und versucht, wie andere Arbeiten in diesem Bereich, bestehende Therapieschemata zu verbessern bzw. patientenkonformer zu gestalten. Das rekrutierte Patientenkollektiv umfasst lediglich fünf Patienten mit primärem Lebertumor
(siehe Tab. 9), was die Aussagekraft der Studie zu dieser Tumorentität einschränkt.
Im Vergleich zu anderen Studien wie zum Beispiel der von Mendez-Romero et al. [89] oder Blomgren et al. [7] entwickelten die Patienten dieser Studie nur geringgradige Toxizitäten. Darüber hinaus konnte gezeigt werden, dass die Wahrscheinlichkeit für ein Auftreten von Akut- bzw. Spättoxizitäten sinkt, wenn das Bestrahlungsvolumen des Lebertumors klein ist und das den Tumor umgebende Gewebe geschützt wird [8].
Die in der Studie gewonnenen Ergebnisse und auch der Vergleich mit anderen Studien zeigen, dass die Behandlung von Leberprimärtumoren mittels Radiotherapie, vor allem bei Bestehen von Komorbiditäten wie zum Beispiel der Leberzirrhose, eine effektive und nebenwirkungsarme Therapieoption darstellt, die in Bezug auf bestrahlungsinduzierte Nebenwirkungen gut verträglich ist.
Mit Aufkommen der stereotaktischen Radiotherapie eignet sich die Bestrahlung auch als Primärtherapie bei Lebermetastasen. Es lassen sich vier Schlüsse ziehen bezüglich der radiotherapeutischen Behandlung von sekundären Lebertumoren: 1. Die Wahl des Verfahrens wird bestimmt durch die Anzahl der Leberläsionen und deren Größe. Bei bis zu drei Läsionen und einer Größe von 5 cm bis 10 cm ist eine Bestrahlung dieser möglich [104]. 2. Ergebnisse dieser Studie als auch Ergebnisse veröffentlicht von Milano [106] oder Herfarth [8] zeigten, dass kleine Zielvolumina bis 47 ccm einen positiven Einfluss auf den Schweregrad der Toxizitäten sowie die Manifestation von Rezidiven haben. Darüber hinaus wird die Wahrscheinlichkeit einer Kuration erhöht durch einen guten Allgemeinzustand des Patienten bei Therapiebeginn [104].
Außerdem zeigte die eigene Studie eine statistische Signifikanz zwischen Overall survival und einem guten Karnofsky-Index (STATISTICA-Graph 7).
3. High-dose Bestrahlungseinheiten mit Dosen von 3 x 12,5Gy oder 1 x 26Gy sind hinsichtlich der zu erwartenden niedriggradig ausfallenden Toxizitäten gerechtfertigt und versprechen darüber hinaus bessere lokale Kontrollen im Vergleich zu einer low-dose Therapie.
4. Bei hepatisch metastasiertem kolorektalem Karzinom ist die chirurgische Exzision nach wie vor das therapeutische Verfahren der Wahl, vor allem bei multiplem Leberbefall. Allerdings veranschaulichen die klinischen Ergebnisse, die in dieser Arbeit unter anderem bzgl. der hepatisch metastasierten kolorektalen Karzinome als auch der Mammakarzinome vorgestellt wurden, die Notwendigkeit einer Anpassung des radiotherapeutischen Verfahrens an die vorliegende Tumorentität.
Die Patienten, welche an einem kolorektalen Rezidiv erkrankt waren, wurden alle im Rahmen der Primärtumortherapie operativ versorgt. Die Bedeutung einer radiotherapeutischen Behandlung liegt im Falle des kolorektalen Rezidivs vor allem in Therapiesituationen in denen eine Resektion nicht möglich erscheint sowie im Rahmen der Palliation. In letztgenanntem Fall sollte die Strahlendosis nicht zu hoch gewählt werden, da dies höhergradige Akut- bzw. Spättoxizitäten zur Folge hat sowie ein schlechteres Disease-Free-Survival; Dies gilt insbesondere für Patienten mit radiogener Vorbelastung.
Im Rahmen der Datenauswertung der Patientinnen mit gynäkologischem Rezidiv zeigt sich eine Beeinflussung des Outcomes durch die Lokalisation des Tumors sowie dessen Ausdehnung: kleine Rezidive (bis 4,5 cm) und eine paravaginale Lage wiesen das längste DFS und eine positive Korrelation bzgl. einer längeren Überlebenszeit auf [124] [125]. Darüber hinaus hat ein kurzes Intervall von Primarius zu Rezidiv keinen negativen Einfluss auf das DFS nach Behandlung des Rezidivtumors [123].
Die Ergebnisse dieser Studie zeigen, dass die Radiotherapie in Form der stereotaktischen Bestrahlung eine effektive und nebenwirkungsarme Therapieform darstellt, deren Potential im Sinne des Einsatzspektrums dieses Therapieverfahrens noch nicht ausgeschöpft ist. Hier bedarf es weiterer klinischer Studien um Faktoren wie z.B. der Bestrahlungsdosis dem jeweiligen Tumorcharakter anzupassen.
Functional magnetic resonance imaging (fMRI) has become a powerful and influential method to non-invasively study neuronal brain activity. For this purpose, the blood oxygenation level-dependent (BOLD) effect is most widely used. T2* weighted echo planar imaging (EPI) is BOLD sensitive and the prevailing fMRI acquisition technique. Here, we present an alternative to its standard Cartesian recordings, i.e. k-space density weighted EPI, which is expected to increase the signal-to-noise ratio in fMRI data. Based on in vitro and in vivo pilot measurements, we show that fMRI by k-space density weighted EPI is feasible and that this new acquisition technique in fact boosted spatial and temporal SNR as well as the detection of local fMRI activations. Spatial resolution, spatial response function and echo time were identical for density weighted and conventional Cartesian EPI. The signal-to-noise ratio gain of density weighting can improve activation detection and has the potential to further increase the sensitivity of fMRI investigations.
Background
Human cerebral small vessel disease (CSVD) has distinct histopathologic and imaging findings in its advanced stages. In spontaneously hypertensive stroke-prone rats (SHRSP), a well-established animal model of CSVD, we recently demonstrated that cerebral microangiopathy is initiated by early microvascular dysfunction leading to the breakdown of the blood–brain barrier and an activated coagulatory state resulting in capillary and arteriolar erythrocyte accumulations (stases). In the present study, we investigated whether initial microvascular dysfunction and other stages of the pathologic CSVD cascade can be detected by serial magnetic resonance imaging (MRI).
Findings
Fourteen SHRSP and three control (Wistar) rats (aged 26–44 weeks) were investigated biweekly by 3.0 Tesla (3 T) MRI. After perfusion, brains were stained with hematoxylin–eosin and histology was correlated with MRI data. Three SHRSP developed terminal CSVD stages including cortical, hippocampal, and striatal infarcts and macrohemorrhages, which could be detected consistently by MRI. Corresponding histology showed small vessel thromboses and increased numbers of small perivascular bleeds in the infarcted areas. However, 3 T MRI failed to visualize intravascular erythrocyte accumulations, even in those brain regions with the highest densities of affected vessels and the largest vessels affected by stases, as well as failing to detect small perivascular bleeds.
Conclusion
Serial MRI at a field strength of 3 T failed to detect the initial microvascular dysfunction and subsequent small perivascular bleeds in SHRSP; only terminal stages of cerebral microangiopathy were reliably detected. Further investigations at higher magnetic field strengths (7 T) using blood- and flow-sensitive sequences are currently underway.
Background
The standard clinical protocol of image-guided IMRT for prostate carcinoma introduces isocenter relocation to restore the conformity of the multi-leaf collimator (MLC) segments to the target as seen in the cone-beam CT on the day of treatment. The large interfractional deformations of the clinical target volume (CTV) still require introduction of safety margins which leads to undesirably high rectum toxicity. Here we present further results from the 2-Step IMRT method which generates adaptable prostate IMRT plans using Beam Eye View (BEV) and 3D information.
Methods
Intermediate/high-risk prostate carcinoma cases are treated using Simultaneous Integrated Boost at the Universitätsklinkum Würzburg (UKW). Based on the planning CT a CTV is defined as the prostate and the base of seminal vesicles. The CTV is expanded by 10 mm resulting in the PTV; the posterior margin is limited to 7 mm. The Boost is obtained by expanding the CTV by 5 mm, overlap with rectum is not allowed. Prescription doses to PTV and Boost are 60.1 and 74 Gy respectively given in 33 fractions.
We analyse the geometry of the structures of interest (SOIs): PTV, Boost, and rectum, and generate 2-Step IMRT plans to deliver three fluence steps: conformal to the target SOIs (S0), sparing the rectum (S1), and narrow segments compensating the underdosage in the target SOIs due to the rectum sparing (S2). The width of S2 segments is calculated for every MLC leaf pair based on the target and rectum geometry in the corresponding CT layer to have best target coverage. The resulting segments are then fed into the DMPO optimizer of the Pinnacle treatment planning system for weight optimization and fine-tuning of the form, prior to final dose calculation using the collapsed cone algorithm.
We adapt 2-Step IMRT plans to changed geometry whilst simultaneously preserving the number of initially planned Monitor Units (MU). The adaptation adds three further steps to the previous isocenter relocation: 1) 2-Step generation for the geometry of the day using the relocated isocenter, MU transfer from the planning geometry; 2) Adaptation of the widths of S2 segments to the geometry of the day; 3) Imitation of DMPO fine-tuning for the geometry of the day.
Results and conclusion
We have performed automated 2-Step IMRT adaptation for ten prostate adaptation cases. The adapted plans show statistically significant improvement of the target coverage and of the rectum sparing compared to those plans in which only the isocenter is relocated. The 2-Step IMRT method may become a core of the automated adaptive radiation therapy system at our department.
Although locoregional relapse is frequent after definitive radiotherapy (RT) or multimodal treatments, re-irradiation is only performed in few patients even in palliative settings like e.g. vertebral metastasis. This is most due to concern about potentially severe complications, especially when large volumes are exposed to re-irradiation. With technological advancements in treatment planning the interest in re-irradiation as a local treatment approach has been reinforced. Recently, several studies reported re-irradiation for spinal metastases using SBRT with promising local and symptom control rates and simultaneously low rates of toxicity. These early data consistently indicate that SBRT is a safe and effective treatment modality in this clinical situation, where other treatment alternatives are rare. Similarly, good results have been shown for SBRT in the re-irradiation of head and neck tumors. Despite severe late adverse effects were reported in several studies, especially after single fraction doses >10 Gy, they appear less frequently compared to conventional radiotherapy. Few studies with small patient numbers have been published on SBRT re-irradiation for non-small cell lung cancer (NSCLC). Overall survival (OS) is limited by systemic progression and seems to depend particularly on patient selection. SBRT re-irradiation after primary SBRT should not be practiced in centrally located tumors due to high risk of severe toxicity. Only limited data is available for SBRT re-irradiation of pelvic tumors: feasibility and acceptable toxicity has been described, suggesting SBRT as a complementary treatment modality for local symptom control.
Background
High expression of constitutive histone γ-H2AX, a sensitive marker of DNA damage, might be indicative of defective DNA repair pathway or genomic instability. 53BP1 (p53-binding protein 1) is a conserved checkpoint protein with properties of a DNA double-strand breaks sensor. This study explores the relationship between the clinical radiosensitivity of tumor patients and the expression/induction of γ-H2AX and 53BP1 in vitro.
Methods
Using immunostaining, we assessed spontaneous and radiation-induced foci of γ-H2AX and 53 BP1 in peripheral blood mononuclear cells derived from unselected breast cancer (BC) patients (n=57) undergoing radiotherapy (RT). Cells from apparently healthy donors (n=12) served as references.
Results
Non-irradiated cells from controls and unselected BC patients exhibited similar baseline levels of DNA damage assessed by γ-H2AX and 53BP1 foci. At the same time, the γ-H2AX assay of in vitro irradiated cells revealed significant differences between the control group and the group of unselected BC patients with respect to the initial (0.5 Gy, 30 min) and residual (2 Gy, 24 h post-radiation) DNA damage. The numbers of 53BP1 foci analyzed in 35 BC patients were significantly higher than in controls only in case of residual DNA damage. A weak correlation was found between residual foci of both proteins tested. In addition, cells from cancer patients with an adverse acute skin reaction (grade 3) to RT showed significantly increased radiation-induced γ-H2AX foci and their protracted disappearance compared to the group of BC patients with normal skin reaction (grade 0–1). The mean number of γ-H2AX foci after 5 clinical fractions was significantly higher than that before RT, especially in clinically radiosensitive patients.
Conclusions
The γ-H2AX assay may have potential for screening individual radiosensitivity of breast cancer patients.
Für die palliative Bestrahlung des NSCLC stehen mehrere, sehr unterschiedliche hypofraktionierte Behandlungsschemata zur Verfügung. Prospektive Studien in der Vergangenheit konnten keine Überlegenheit für eines dieser Regime zeigen. Ziel vorliegender retrospektiver Arbeit war es, die Effektivität der Radiatio mit 13 bis 15 Fraktionen zu 3 Gy zu überprüfen. Hierzu untersuchten wir die Daten von 57 Patienten, die sich in den Jahren 2006 bis 2008 in der Strahlentherapie der Universitätsklinik Würzburg einer solchen Therapie unterzogen. Das Patientengut unterteilten wir für die Untersuchung in zwei Gruppen M0 und M1, deren Prognose wir unterschiedlich einschätzten. Der Einteilung lag das Vorhandensein von Fernmetastasen zu Behandlungsbeginn zugrunde.
Das Gesamtüberleben war für Patienten der M0-Gruppe signifikant besser und lag für M1-Patienten in einem zu erwartenden Bereich. 17,5% unserer Patienten lebten 18 Monate oder länger. Welche Ursachen hinter diesem prolongierten Überleben stehen könnten, blieb jedoch weitgehend unklar.
Für das Gesamtüberleben zeigten sich verschiedene u.a. aus der Literatur bekannte Prognosefaktoren wie das UICC-Stadium, der Allgemeinzustand und eine chemotherapeutische Behandlung. Andere Faktoren, deren Einfluss wir vermuteten, führten zu keinen signifikanten bzw. widersprüchlichen Ergebnissen. Hierzu zählten insbesondere der Charlson comorbidity score und das Alter. Für die Höhe der Gesamtdosis und die Größe des PTV wurde interessanterweise kein Einfluss auf das Überleben nachgewiesen. Die lokale Kontrolle war von diesen beiden Variablen ebenfalls unabhängig.
Ein systemischer Progress trat bei unseren Patienten tendenziell früher auf als ein lokaler Progress.
Der Allgemeinzustand der Patienten wurde von der Bestrahlung im Wesentlichen nicht negativ beeinflusst, Infektionen traten so gut wie gar nicht auf. Wie bereits aus prospektiven Studien zur hypofraktionierten Bestrahlung bekannt, waren Akuttoxizitäten, insbesondere Ösophagitiden, relativ häufig.
Cancer is the leading cause of death in economically developed countries (Jemal et al. 2011). Heat shock protein 90 can be a promising target in cancer treatment as it is responsible for sustaining protein homeostasis in every human cell by folding and activating of more than 200 client proteins (Picard et al. 2002). Apart from strong anti-tumor activities in vitro (Smith et al. 2005) and in vivo (Supko et al. 1995), Hsp90 inhibitors can sensitize tumor cells to radiation (Bisht et al. 2003, Stingl et al.2010, Schilling et al. 2011). Recently, our group showed the radiosensitizing potential of novel Hsp90 inhibitors: NVP-AUY922 and NVP-BEP800 (Stingl et al. 2010). The drugs were administered to cancer cell lines of different origin 24 hours before irradiation (drug-first treatment). In the present work, we explored the effects of a schedule other than drug-first treatment on A549 and SNB19 tumor cell lines. Cell samples were treated with either NVP-AUY922 or NVP-BEP800 one hour before IR and kept in the drug-containing medium for up to 48 hours (simultaneous drug-IR treatment). Our findings showed that depending on the tumor cell line, the combination of Hsp90 inhibition and irradiation may result in radiosensitization or apoptosis of cancer cell lines. It is advised to adjust the sequence of treatment, involving Hsp90 inhibition and irradiation, on the basis of the genetic background of tumor cells. Before entering the clinic, novel therapeutics should be tested on non-malignant tissue to exclude their possible toxic activities. Thus, we applied the simultaneous drug-IR treatment on human skin fibroblast strains. This work showed that Hsp90 inhibitors NVP-AUY922 and NVP-BEP800 preferentially sensitize tumor cells to radiation, whereas the effect(s) on normal fibroblasts was much weaker. The exact mechanisms underlying the Hsp90 inhibitors’ selectivity towards malignant cells remain to be elucidated. It was shown previously that the administration of Hsp90 inhibitors, including NVP-AUY922 and NVP-BEP800, induces heat shock response (Niewidok et al. 2012). Heat shock response triggers the up-regulation of Hsp70, which, due to its strong anti-apoptotic properties, might be responsible for reducing the effects of Hsp90 inhibition. The transfection with Hsp70 siRNA suppressed the NVP-AUY922-induced over-expression of the target protein. However, on the long-term scale, it did not influence the radiosensitivity of A549 and SNB19 cells. To summarize, the use of siRNA proved that Hsp70 inhibition could be used to support Hsp90 inhibition on the short-term scale. Therefore, for future works, more potent and stable methods of Hsp70 inhibition are needed. This thesis presented the effects induced by two novel Hsp90 inhibitors NVP-AUY922 and NVP-BEP800, in combination with irradiation in tumor cell lines as well as in normal skin fibroblasts. Hsp70 pre-silencing was tested as a method for improving radiosensitizing potential of NVP-AUY922. These results support the use of NVP-AUY922 and NVP-BEP800 in combination with irradiation in future clinical trials.
Klinische Ergebnisse und Lebensqualität nach neoadjuvanter Radiochemotherapie von Rektumkarzinomen
(2012)
Die derzeitige Standardtherapie bei fortgeschrittenen Rektumkarzinomen der UICC Stadien II und III besteht aus der neoadjuvanten Radio(chemo)therapie mit nachfolgender chirurgischer Intervention. Hierbei werden die beiden Therapiemodalitäten, der Kurzzeit-Radiotherapie(5x5Gy) und unmittelbare Operation von der Langzeit-Radiochemotherpaie (28x1,8Gy) mit einem Intervall von 4-6 Wochen bis zur Operation, unterschieden. Im Hinblick auf das Auftreten von Lokalrezidiven sowie auf das Gesamtüberleben sprechen die Ergebnisse für eine bessere Wirksamkeit der LZ-RChT. Dennoch gibt es klinische Situation, bei denen eine KZ-Radiotherapie sinnvoller sein kann. Somit kann als Konsequenz eine differenzierte Indikationsstellung für diese beiden Therapiemodalitäten abgeleitet werden.
Ziel dieser retrospektiven Arbeit war es, die Daten von Patienten, die stereotaktisch aufgrund eines Lungentumors (NSCLC, Lungenmetastasen und Rezidiven) bestrahlt wurden, hinsichtlich des Therapieerfolges auszuwerten. Hierfür wurden die Unterlagen von 148 Patienten der Klinik und Poliklinik für Strahlentherapie der Universität Würzburg bezüglich der lokalen und systemischen Kontrolle, des Überlebens und der strahlenbedingten Nebenwirkungen untersucht. Für die Analyse wurden die Patienten in zwei Gruppen unterteilt. Die erste Gruppe bestand aus 40 Patienten mit 41 NSCLC im frühen Stadium (Stadium I und T3N0M0). In der zweiten Gruppe wurden 108 Patienten mit 25 NSCLC im fortgeschrittenen (Stadium III) und metastasierten Stadium sowie Patienten mit 111 Lungenmetastasen und zehn Rezidiven zusammengefasst. Die Bestrahlung erfolgte je nach Lage und Größe des Tumors mit Bestrahlungsdosen zwischen 6 und 26 Gy in einer bis acht Fraktionen, wobei die biologisch effektive Dosis appliziert auf das PTV zwischen 24 und 94 Gy lag. Die mediane Nachsorgedauer betrug 14 Monate. Bei der Betrachtung des lokalen Tumoransprechens zeigten sich in beiden Gruppen gute Ergebnisse mit lokalen Kontrollraten nach drei Jahren von jeweils 84%. In der statistischen Analyse wurde deutlich, dass eine lokale Tumorkontrolle sehr stark mit der Höhe der verabreichten Bestrahlungsdosis korreliert. So wurden mit BED > 80 Gy signifikant bessere Ergebnisse erzielt als mit BED < 80 Gy. Dementsprechend konnte auch mit den hochdosierten Bestrahlungsschemata (1 x 26 Gy auf 80% und 3 x 12,5 Gy auf 65%) eine bessere Kontrolle erreicht werden. In der ersten Gruppe der NSCLC im frühen Stadium waren die CTV und PTV der Tumoren, die lokal kontrolliert blieben signifikant kleiner, als die CTV und PTV der Tumoren, die lokal rezidivierten. Die systemische Kontrollrate fiel in der ersten Gruppe besser aus als in der zweiten Gruppe. Nach drei Jahren lagen die Werte entsprechend bei 36% und 16%. In der Gruppe der NSCLC im frühen Stadium erwies sich die Größe des bestrahlten Volumens als Faktor, der die systemische Kontrolle beeinflusst, wobei systemisch kontrollierte Patienten ein signifikant kleineres CTV und PTV hatten. Die Überlebensraten der Patienten lagen in der Gruppe 1 und 2 nach drei Jahren bei 32% und 17%. Sowohl der Leistungszustand vor Behandlungsbeginn als auch die Größe des bestrahlten Volumens beeinflussten das Überleben der Patienten. In der Gruppe 2 zeigte sich außerdem, dass ein hochdosiertes Bestrahlungsschema vorteilhaft für die Überlebensdauer eines Patienten ist. Da 46% der Todesursachen in der Gruppe 1 auf Begleiterkrankungen zurückzuführen waren, fiel folglich auch das tumorspezifische Überleben mit 51% nach drei Jahren deutlich besser aus als das Gesamtüberleben. Die Faktoren, die ein tumorspezifisches Überleben begünstigten, waren in Gruppe 1 das Alter und die Größe des bestrahlten Volumens. In der Gruppe 2 wirkte sich noch zusätzlich die Höhe der Bestrahlungsdosis signifikant auf das CSS aus. Das krankheitsfreie Überleben in der Gruppe 1 lag nach drei Jahren bei 23% und unterschied sich signifikant zwischen den einzelnen Tumorhistologien, wobei Patienten mit einem Adeno-CA am längsten krankheitsfrei überlebten. Außerdem hatten Patienten mit einem krankheitsfreien Überleben im Median kleinere CTV und PTV als Patienten, die während der Nachsorge verstarben oder nicht kontrolliert blieben. Die Gruppe 2 erreichte nach drei Jahren eine DFS-Rate von 8%. Die Rate an strahleninduzierten Nebenwirkungen fiel insgesamt gering aus. Schwere Nebenwirkungen ≥ Grad 3 traten in der Gesamtgruppe zu einem Anteil von 1,4% auf. Es zeigten sich jeweils eine Grad 3 und eine Grad 5 Nebenwirkung in der Gruppe 2 nach mehr als sechs Monaten nach Bestrahlung. Leichte akute und späte Nebenwirkungen ≤ Grad 2 konnten bei 42,5% der Patienten in der Gruppe 1 und bei 39,7% der Patienten der Gruppe 2 beobachtet werden. Weder die Höhe der BED noch die Größe des bestrahlten Volumens konnten mit dem Auftreten einer Nebenwirkung und deren Schweregrad in Verbindung gebracht werden. Insgesamt lässt sich festhalten, dass die stereotaktische Bestrahlung eine effektive und sichere Therapiemethode zur Bestrahlung von Lungenherden darstellt. Wird die stereotaktische Bestrahlung in kurativer Intention eingesetzt, sollte darauf geachtet werden, dass eine ausreichend hohe Bestrahlungsdosis Anwendung findet, um eine lokale Tumorkontrolle zu erzielen.
Background: Ga-[1,4,7,10-tetraazacyclododecane-N,N0,N00,N000-tetraacetic acid]-d-Phe1,Tyr3-octreotate (DOTATATE) positron emission tomography (PET) is commonly used for the visualization of somatostatin receptor (SSTR)-positive neuroendocrine tumors. SSTR is also known to be expressed on macrophages, which play a major role in inflammatory processes in the walls of coronary arteries and large vessels. Therefore, imaging SSTR expression has the potential to visualize vulnerable plaques. We assessed 68Ga-DOTATATE accumulation in large vessels in comparison to 18F-2-fluorodeoxyglucose (FDG) uptake, calcified plaques (CPs), and cardiovascular risk factors. Methods: Sixteen consecutive patients with neuroendocrine tumors or thyroid cancer underwent both 68Ga-DOTATATE and 18F-FDG PET/CT for staging or restaging purposes. Detailed clinical data, including common cardiovascular risk factors, were recorded. For a separate assessment, they were divided into a high-risk and a low-risk group. In each patient, we calculated the maximum target-to-background ratio (TBR) of eight arterial segments. The correlation of the TBRmean of both tracers with risk factors including plaque burden was assessed. Results: The mean TBR of 68Ga-DOTATATE in all large arteries correlated significantly with the presence of CPs (r = 0.52; p < 0.05), hypertension (r = 0.60; p < 0.05), age (r = 0.56; p < 0.05), and uptake of 18F-FDG (r = 0.64; p < 0.01). There was one significant correlation between 18F-FDG uptake and hypertension (0.58; p < 0.05). Out of the 37 sites with the highest focal 68Ga-DOTATATE uptake, 16 (43.2%) also had focal 18F-FDG uptake. Of 39 sites with the highest 18F-FDG uptake, only 11 (28.2%) had a colocalized 68Ga-DOTATATE accumulation. Conclusions: In this series of cancer patients, we found a stronger association of increased 68Ga-DOTATATE uptake with known risk factors of cardiovascular disease as compared to 18F-FDG, suggesting a potential role for plaque imaging in large arteries. Strikingly, we found that focal uptake of 68Ga-DOTATATE and 18F-FDG does not colocalize in a significant number of lesions.
Background One third of all cancer patients will develop bone metastases and the vertebral column is involved in approximately 70 % of these patients. Conventional radiotherapy with of 1–10 fractions and total doses of 8-30 Gy is the current standard for painful vertebral metastases; however, the median pain response is short with 3–6 months and local tumor control is limited with these rather low irradiation doses. Recent advances in radiotherapy technology – intensity modulated radiotherapy for generation of highly conformal dose distributions and image-guidance for precise treatment delivery – have made dose-escalated radiosurgery of spinal metastases possible and early results of pain and local tumor control are promising. The current study will investigate efficacy and safety of radiosurgery for painful vertebral metastases and three characteristics will distinguish this study. 1) A prognostic score for overall survival will be used for selection of patients with longer life expectancy to allow for analysis of long-term efficacy and safety. 2) Fractionated radiosurgery will be performed with the number of treatment fractions adjusted to either good (10 fractions) or intermediate (5 fractions) life expectancy. Fractionation will allow inclusion of tumors immediately abutting the spinal cord due to higher biological effective doses at the tumor - spinal cord interface compared to single fraction treatment. 3) Dose intensification will be performed in the involved parts of the vertebrae only, while uninvolved parts are treated with conventional doses using the simultaneous integrated boost concept. Methods / Design It is the study hypothesis that hypo-fractionated image-guided radiosurgery significantly improves pain relief compared to historic data of conventionally fractionated radiotherapy. Primary endpoint is pain response 3 months after radiosurgery, which is defined as pain reduction of ≥2 points at the treated vertebral site on the 0 to 10 Visual Analogue Scale. 60 patients will be included into this two-centre phase II trial. Conclusions Results of this study will refine the methods of patient selection, target volume definition, treatment planning and delivery as well as quality assurance for radiosurgery. It is the intention of this study to form the basis for a future randomized controlled trial comparing conventional radiotherapy with fractionated radiosurgery for palliation of painful vertebral metastases. Trial registration ClinicalTrials.gov Identifier: NCT01594892
Background: To analyze long-term results of radiotherapy alone for stage I-III low grade follicular lymphoma and to compare outcome after extended field irradiation (EFI) and total nodal irradiation (TNI). Methods and materials: Between 1982 and 2007, 107 patients were treated with radiotherapy alone for low grade follicular lymphoma at Ann Arbor stage I (n = 50), II (n = 36) and III (n = 21); 48 and 59 patients were treated with EFI and TNI, respectively. The median total dose in the first treatment series of the diaphragmatic side with larger lymphoma burden was 38 Gy (25 Gy – 50 Gy) and after an interval of median 30 days, a total dose of 28 Gy (12.6 Gy – 45 Gy) was given in the second treatment series completing TNI. Results: After a median follow-up of 14 years for living patients, 10-years and 15-years overall survival (OS) were 64% and 50%, respectively. Survival was not significantly different between stages I, II and III. TNI and EFI resulted in 15-years OS of 65% and 34% but patients treated with TNI were younger, had better performance status and higher stage of disease compared to patients treated with EFI. In multivariate analysis, only age at diagnosis (p<0.001, relative risk [RR] 1.06) and Karnofsky performance status (p = 0.04, RR = 0.96) were significantly correlated with OS. Freedom from progression (FFP) was 58% and 56% after 10-years and 15-years, respectively. Recurrences outside the irradiated volume were significantly reduced after TNI compared to EFI; however, increased rates of in-field recurrences and extra-nodal out-of-field recurrence counterbalanced this effect resulting in no significant difference in FFP between TNI and EFI. In univariate analysis, FFP was significantly improved in stage I compared to stage II but no differences were observed between stages I/II and stage III. In multivariate analysis no patient or treatment parameter was correlated with FFP. Acute toxicity was significantly increased after TNI compared to EFI with a trend to increased late toxicity as well. Conclusions: Radiotherapy alone for stage I and II follicular lymphoma resulted in long-term OS with high rates of disease control; no benefit of TNI over EFI was observed. For stage III follicular lymphoma, TNI achieved promising OS and FFP and should be considered as a potentially curative treatment option.
Background: To analyze the accuracy and inter-observer variability of image-guidance (IG) using 3D or 4D cone-beam CT (CBCT) technology in stereotactic body radiotherapy (SBRT) for lung tumors. Materials and methods: Twenty-one consecutive patients treated with image-guided SBRT for primary and secondary lung tumors were basis for this study. A respiration correlated 4D-CT and planning contours served as reference for all IG techniques. Three IG techniques were performed independently by three radiation oncologists (ROs) and three radiotherapy technicians (RTTs). Image-guidance using respiration correlated 4D-CBCT (IG-4D) with automatic registration of the planning 4D-CT and the verification 4D-CBCT was considered gold-standard. Results were compared with two IG techniques using 3D-CBCT: 1) manual registration of the planning internal target volume (ITV) contour and the motion blurred tumor in the 3D-CBCT (IG-ITV); 2) automatic registration of the planning reference CT image and the verification 3D-CBCT (IG-3D). Image quality of 3D-CBCT and 4D-CBCT images was scored on a scale of 1–3, with 1 being best and 3 being worst quality for visual verification of the IGRT results. Results: Image quality was scored significantly worse for 3D-CBCT compared to 4D-CBCT: the worst score of 3 was given in 19 % and 7.1 % observations, respectively. Significant differences in target localization were observed between 4D-CBCT and 3D-CBCT based IG: compared to the reference of IG-4D, tumor positions differed by 1.9 mm± 0.9 mm (3D vector) on average using IG-ITV and by 3.6 mm± 3.2 mm using IG-3D; results of IG-ITV were significantly closer to the reference IG-4D compared to IG-3D. Differences between the 4D-CBCT and 3D-CBCT techniques increased significantly with larger motion amplitude of the tumor; analogously, differences increased with worse 3D-CBCT image quality scores. Inter-observer variability was largest in SI direction and was significantly larger in IG using 3D-CBCT compared to 4D-CBCT: 0.6 mm versus 1.5 mm (one standard deviation). Inter-observer variability was not different between the three ROs compared to the three RTTs. Conclusions: Respiration correlated 4D-CBCT improves the accuracy of image-guidance by more precise target localization in the presence of breathing induced target motion and by reduced inter-observer variability.
Background: To investigate geometric and dosimetric accuracy of frame-less image-guided radiosurgery (IG-RS) for brain metastases. Methods and materials: Single fraction IG-RS was practiced in 72 patients with 98 brain metastases. Patient positioning and immobilization used either double- (n = 71) or single-layer (n = 27) thermoplastic masks. Pre-treatment set-up errors (n = 98) were evaluated with cone-beam CT (CBCT) based image-guidance (IG) and were corrected in six degrees of freedom without an action level. CBCT imaging after treatment measured intra-fractional errors (n = 64). Pre- and posttreatment errors were simulated in the treatment planning system and target coverage and dose conformity were evaluated. Three scenarios of 0 mm, 1 mm and 2 mm GTV-to-PTV (gross tumor volume, planning target volume) safety margins (SM) were simulated. Results: Errors prior to IG were 3.9 mm± 1.7 mm (3D vector) and the maximum rotational error was 1.7° ± 0.8° on average. The post-treatment 3D error was 0.9 mm± 0.6 mm. No differences between double- and single-layer masks were observed. Intra-fractional errors were significantly correlated with the total treatment time with 0.7mm±0.5mm and 1.2mm±0.7mm for treatment times ≤23 minutes and >23 minutes (p<0.01), respectively. Simulation of RS without image-guidance reduced target coverage and conformity to 75% ± 19% and 60% ± 25% of planned values. Each 3D set-up error of 1 mm decreased target coverage and dose conformity by 6% and 10% on average, respectively, with a large inter-patient variability. Pre-treatment correction of translations only but not rotations did not affect target coverage and conformity. Post-treatment errors reduced target coverage by >5% in 14% of the patients. A 1 mm safety margin fully compensated intra-fractional patient motion. Conclusions: IG-RS with online correction of translational errors achieves high geometric and dosimetric accuracy. Intra-fractional errors decrease target coverage and conformity unless compensated with appropriate safety margins.
Background: External beam radiotherapy (EBRT) is the treatment of choice for irresectable meningioma. Due to the strong expression of somatostatin receptors, peptide receptor radionuclide therapy (PRRT) has been used in advanced cases. We assessed the feasibility and tolerability of a combination of both treatment modalities in advanced symptomatic meningioma. Methods: 10 patients with irresectable meningioma were treated with PRRT (177Lu-DOTA0,Tyr3 octreotate or - DOTA0,Tyr3 octreotide) followed by external beam radiotherapy (EBRT). EBRT performed after PRRT was continued over 5–6 weeks in IMRT technique (median dose: 53.0 Gy). All patients were assessed morphologically and by positron emission tomography (PET) before therapy and were restaged after 3–6 months. Side effects were evaluated according to CTCAE 4.0. Results: Median tumor dose achieved by PRRT was 7.2 Gy. During PRRT and EBRT, no side effects>CTCAE grade 2 were noted. All patients reported stabilization or improvement of tumor-associated symptoms, no morphologic tumor progression was observed in MR-imaging (median follow-up: 13.4 months). The median pre-therapeutic SUVmax in the meningiomas was 14.2 (range: 4.3–68.7). All patients with a second PET after combined PRRT + EBRT showed an increase in SUVmax (median: 37%; range: 15%–46%) to a median value of 23.7 (range: 8.0–119.0; 7 patients) while PET-estimated volume generally decreased to 81 ± 21% of the initial volume. Conclusions: The combination of PRRT and EBRT is feasible and well tolerated. This approach represents an attractive strategy for the treatment of recurring or progressive symptomatic meningioma, which should be further evaluated.
Age is one of the most salient aspects in faces and of fundamental cognitive and social relevance. Although face processing has been studied extensively, brain regions responsive to age have yet to be localized. Using evocative face morphs and fMRI, we segregate two areas extending beyond the previously established face-sensitive core network, centered on the inferior temporal sulci and angular gyri bilaterally, both of which process changes of facial age. By means of probabilistic tractography, we compare their patterns of functional activation and structural connectivity. The ventral portion of Wernicke’s understudied perpendicular association fasciculus is shown to interconnect the two areas, and activation within these clusters is related to the probability of fiber connectivity between them. In addition, post-hoc age-rating competence is found to be associated with high response magnitudes in the left angular gyrus. Our results provide the first evidence that facial age has a distinct representation pattern in the posterior human brain. We propose that particular face-sensitive nodes interact with additional object-unselective quantification modules to obtain individual estimates of facial age. This brain network processing the age of faces differs from the cortical areas that have previously been linked to less developmental but instantly changeable face aspects. Our probabilistic method of associating activations with connectivity patterns reveals an exemplary link that can be used to further study, assess and quantify structure-function relationships.
Krebs ist die zweithäufigste Todesursache in Deutschland. Für die Behandlung von Tumorerkrankungen wird unter anderen die Strahlentherapie angewendet. Allerdings ist die Wirkung der Bestrahlung durch die Radiotoxizität auf normalem Gewebe sowie durch die Radioresistenz vieler Tumoren bei klinisch relevanten Dosen limitiert. Ein vielversprechendes Target für die Radiosensibilisierung von Tumorzellen scheint das Hitzeschockprotein HSP90 zu sein, ein wichtiges molekulares Chaperon, das für die Faltung, Aktivierung, Translokation und Degradation der so genannten Klientenproteine zuständig ist. Durch die pharmakologische Blockierung seiner Funktion wird die simultane Degradation multipler HSP90 Klientenproteine eingeleitet, darunter Radioresistenz-assoziierte Proteine wie RAF-1, AKT, EGFR, Survivin, DNA-Reparaturproteine. Verschiedene Studien belegen das Potential der HSP90 Inhibitoren Geldanamycin und seiner Derivaten als Radiosensibilisatoren. Im Gegensatz zu diesen Substanzen sind die neuartigen HSP90 Inhibitoren NVP-AUY922 und NVP-BEP800 wasserlöslich und nicht hepatotoxisch. Im ersten Teil der Arbeit wurde die Wirkung von NVP-AUY922 und NVP-BEP800 (200 nM, 24 h vor der Bestrahlung) auf die Strahlenempfindlichkeit humaner Tumorzelllinien unterschiedlicher Entitäten, darunter eine Lungenkarzinomzellinie A549, eine Fibrosarkomzelllinie HT1080, sowie zwei Glioblastomzelllinien GaMG und SNB19, untersucht. Die neuartigen HSP90 Inhibitoren zeigten in Kolonietest eine strahlensensibilisierende Wirkung in allen getesteten Tumorzelllinien. Weiterhin wurde mit diversen Methoden den Mechanismus der Radiosensibilisierung untersucht. Die HSP90 Inhibition erhöhte den Anteil der Zellen mit hypodiploiden DNA-Gehalt in den meisten untersuchten Tumorzelllinien. Außerdem induzierte die HSP90 Inhibition die Depletion der anti-apoptotischen Proteine AKT, pAKT und RAF-1 in allen Tumorzelllinien. Wie die erhöhte Expression von beiden Apoptosemarkern, aktivierte Caspase-3 und inaktiviertes PARP, nahe legt, wurde verstärkt die Caspase-abhängige Apoptose in den meisten untersuchten Tumorzelllinien nach HSP90 Inhibition eingeleitet. Laut Comet Assay induzierte die HSP90 Inhibition eine geringere DNA-Fragmentierung in bestrahlten Tumorzellen, gleichzeitig konnte aber eine langsamere Restitution der chromosomalen DNA festgestellt werden. Über die Messungen der γH2AX-Expression als Marker für DNA-Doppelstrangbrüche konnte eine erhöhte Induktion von DNA-Schäden nach HSP90 Inhibition und Bestrahlung sowie eine verlangsamte Reparatur der induzierten DNA-Schäden gemessen werden. Diese korrelierte mit der Depletion der DNA-Reparaturproteine KU70/KU80. Die HSP90 Inhibition führte zusätzlich zu einem ausgeprägten G2/M-Arrest, der durch die Bestrahlung verstärkt werden konnte. NVP-AUY922 induzierte außerdem eine Depletion der S-Phase. Die Depletion der Zellzyklus-regulierenden Proteine CDK1 und CDK4 sowie pRB korrelierte mit den beobachteten Zellzyklusstörungen. Die hier gewonnenen Ergebnisse verdeutlichen, dass der komplexe Mechanismus der Radiosensibilisierung nach HSP90 Inhibition die simultane Degradation diverser HSP90 Klientenproteine involviert, was verschiedene zelluläre Auswirkungen hat: verlangsamte Zellteilung durch anhaltende Zellzyklusstörungen, erhöhte DNA-Schäden und Verlangsamung der Reparatur der DNA-Schäden nach Bestrahlung sowie Apoptoseinduktion. Die HSP90 Inhibition induzierte gleichzeitig die Expression der Hitzeschockproteine HSP90 und HSP70, deren anti-apoptotischen Funktionen die radiosensibilisierenden Effekte der HSP90 Inhibitoren vermindern können. In dieser Arbeit wurden zwei Strategien getestet, um die Hochregulation von HSP90/HSP70 nach HSP90 Inhibition in den Tumorzelllinien A549 und GaMG zu unterdrücken. Zum einen wurden siRNAs gegen die stressinduzierbare α-Isoform von HSP90 angewendet, zum anderen wurde KNK437, eine Substanz die die Expression der HSP auf Transkriptionsebene unterdrückt, eingesetzt. Im zweiten Teil der Arbeit konnte gezeigt werden, dass die Transfektion mit siRNA gegen HSP90α gefolgt von NVP-AUY922 die Hochregulation von HSP90α um circa 50% unterdrückte. Allerdings wurde dadurch keine Erhöhung der NVP-AUY922-vermittelten Radiosensibilisierung erreicht. Es wurden außerdem keine signifikanten Veränderungen betreffend der Induktion und Reparatur der DNA-Schäden, Zellzyklusverteilung, Apoptoseinduktion sowie Expression der getesteten HSP90 Klientenproteine im Vergleich zu alleiniger HSP90 Inhibition festgestellt. Im dritten Teil der Arbeit konnte gezeigt werden, dass die simultane Behandlung mit NVP-AUY922 und KNK437 die NVP-AUY922-vermittelte Hochregulation von HSP90 und HSP70 in beiden Tumorzelllinien temporär unterdrückt. Obwohl die alleinige Behandlung mit KNK437 in der A549-Tumorzelllinie laut Kolonietest radiosensibilisierend wirkte, konnte die simultane Behandlung mit beiden Inhibitoren die NVP-AUY922-vermittelte Radiosensibilisierung nicht erhöhen. Obwohl die Unterdrückung der Stressantwort nach HSP90 Inhibition mittels KNK437 in beiden Tumorzelllinien einen anhaltenden G2/M-Arrest induzierte, blieb die Expression der anti-apoptotischen HSP90-Klientenproteine AKT und RAF-1 unverändert im Vergleich zu NVP-AUY922. Außerdem wurde die inhibierende Wirkung von NVP-AUY922 auf die Reparatur der strahleninduzierten DNA-Schäden nicht erhöht. Die hier gezeigten in vitro Ergebnisse unterstützen die Anwendung von NVP-AUY922 und NVP-BEP800 für in vivo Studien sowie in klinischen Studien alleine oder in Kombination mit der Bestrahlung. Unsere Arbeit ist von besonderem Interesse für die Strahlentherapie, da NVP-AUY922 bereits in klinischen Studien getestet wird.