Gd-GLU toward NMR imaging: synthesis, characterization and breast cell uptake assay

Breast cancer cell uptake of Gd-metal is investigated based on the formation of coordinate compounds of gadolinium and glucose (Glu) molecules in solution. The hypothesis is that glucose helps Gd-internalization by complex formations constituted of Gd3+ coordinate to m-glucose molecules, whose valence was complemented by Cl- anions. Such a proposal is an insight toward a metabolic-dependent contrast-agent for cancer and inflammation in magnetic resonance image. A solution was prepared based on anhydrous d-glucose and gadolinium chloride (Gd-Glu). Uptake assays for MDA-MB-231(c231) cells were elaborated collecting incubated c231-cells with Gd-Glu and measuring metal-uptake and their concentrations by Nuclear Activation Analysis (NAA). The ionic solution was studied using Direct-Infusion Electrospray Ionization Mass-Spectrometry (ESI-MS) to identify Gd-Glu interactions. Means and standard deviations of Gd-masses were 13.3±0.8 and 12.5±0.7µg, at 361.5 µg of Gd in 3mL Gd-Glu/PBS solution, in times of 30-50 min, equivalent to the concentrations of 13404±2104 and 11347±2742 µg.g-1 in dried cells. Such values were statistically higher than the control with metal presence. ESI-MS demonstrated the m/z-signals at 516, 552, 696, 923, attributed to positively loaded-species containing Glu, Gd+3 and Cl-. In conclusion, Gd-internalization was increased in aqueous solution due to the gadolinium-glucose coordination. Such findings drive the research to MRI with Gd-Glu complexes.

RADIOACTIVE CEMENT OF PMMA AND HAP-Sm-153, Ho-166, OR RE-188 FOR BONE METASTASIS TREATMENT / CIMENTO RADIOATIVO DE PMMA E HAP-Sm-153, Ho-166 OU RE-188 NO TRATAMENTO DE METÁSTASES ÓSSEAS

ABSTRACT Polymethylmetacrylte (PMMA) is used in the fields of dentistry and biomedicine as a constituent of bone cements. Hydroxyapatite (HAp) is a bioceramic produced naturally in the bones. PMMA and HAp are fundamental constituents in the preparation of bone cements. Bisphosphonates have also been used as radiopharmaceutical in dental implants and nuclear medicine, or as palliative systemic treatment for pain reduction in bone metastasis. Vertebroplasty and kyphoplasty are bone cement-based techniques used in orthopedics, being minimally invasive procedures with low risks of infections, applied in osteoporosis and high-impact fractures. Recently, Núcleo de Radiações Ionizantes da Universidade Federal de Minas Gerais proposed a synthetic composite of M-HAp with a metallic nuclide M. After irradiation, M-HAp was added to PMMA, compounding a radioactive bone cement that can recover bone body stabilization, pasting microfractures and recomposing the anatomy and functionality of the affected parts by the compression of bone metastases, with possible pain reduction through quick radiation-induced decompression. Computational dosimetric models, and the synthesis and characterization of bioceramics that incorporate Re-188, Ho-166, or Sm-153 have demonstrated the benefits of these biometrics as promising alternative therapies, mainly from their ability to maintain the ionization in the bone structure, thereby sparing the spinal cord. This article presents a review on this topic. Level of Evidence V, Expert Opinion.

RESUMO Polymethylmetacrylte (PMMA) é um composto utilizado na indústria e desde os anos 80's também tem sido empregado nas áreas odontológica e biomédica como constituinte de cimentos ósseos. A hydroxyapatite (HAp) é uma biocerâmica produzida naturalmente nos ossos. Esses dois componentes são constituintes fundamentais no preparo de cimentos ósseos. A síntese artificial de HAp pode ser feita pelo método sol-gel. Bifosfanatos tem também sido utilizado na odontologia em implantes dentários e na medicina nuclear, como radiofármaco ou no tratamento paliativo sistêmico de redução de dor das metástasis ósseas com 153 Sm-EDTPM. A Vertebroplastia e Cifoplastia são técnicas empregadas na ortopedia utilizando o cimento ósseo, sendo procedimentos minimamente invasivos de baixo risco de infeções, aplicadas em osteoporose e fraturas de alto impacto. Recentemente, no Grupo de Pesquisa NRI - Nucleo de Radiações Ionizantes/UFMG, foi proposto um compósito de M-HAp com nuclideo metálico M incorporado na matriz, que após ativado é adicionado ao PMMA constituíndo um cimento ósseo radioativo que pode recuperar a estabilização o corpo ósseo, colando microfraturas, recompondo a anatômia e funcionalidade de peças afetadas pela compressão das metástases ósseas com possível redução de dor pela rápida descompressão induzida pela radiação. Modelos dosimétricos computacionais, sintese e caracterização destas biocerâmicas incorporando Re-188, Ho-166 ou Sm-153 tem indicado benefícios radioterapêuticos promissores, podendo se tornar uma alternativa para radioterapias convencionais, principalmente por conter a dose absorvida na estrutura óssea, por exemplo no corpo da vertebra poupando a medula espinhal. O presente artigo apresenta uma revisão sobre o tema. Nível de Evidência V, Opinião do Especialista

Cardiac risk and MCNP/SISCODES doses in RT of the left internal mammary chain with photon and electron portals.

AIM: The present study evaluated the increment of cardiac risk (CR) and absorbed dose in radiotherapy of the internal mammary chain (IMC), in particular with photon portals of 4 6 MV, and cobalt therapy (Co60); and, electron portals of 8, 12 and 16 MeV applied in the left breast, considering the adoption of a combined photon (16 Gy) and electron (30 Gy) protocols. MATERIALS AND METHODS: The modified ICRP-reference female model of 60 kg, 163 cm and 43 years of age, coil RCP-AF, was modelled. The MCNP6/SICODES codes were employed, where the spatial dose distributions and dose-volume histograms were generated. Toxicity limits and a CR model were considered. RESULTS: CR associated with the 6 MV, 4 MV and Co60 portals increased 41.1; 40.6 and 34.5%, respectively; while, in 8, 12 and 16 MeV portals, they were 5.0, 32.5 and 49.2%, respectively. High anomalous scatter radiation from electron portals was found in the left lung providing an average dose of 3.3-5.0 Gy. CONCLUSIONS: To RCP-AF, the Co60 portal for IMC-RT presented more attractive dose distribution, whose 16 Gy for photon-component produced less CR increase, 5% lower than the other photon portals. Considering electron portals, the smallest CR increase was produced by 8 MeV portal while 12-16 MeV made the risk higher. There is a call for a less hardened energetic spectrum in order to reduce CR; however, holding suitable IMC penetration. A combined Co60/8-12 MeV may bring benefits, reducing CR. The lowest risk was found to 46 Gy electron portals exclusively.

The role of regulatory T cells, interleukin-10 and in vivo scintigraphy in autoimmune and idiopathic diseases - Therapeutic perspectives and prognosis / O papel de células T regulatórias, da interleucina 10 e da cintilografica in vivo em doenças autoimunes e idiopáticas - Perspectivas terapêuticas e prognóstico

Summary Previous studies have demonstrated the expression of the CD25 marker on the surface of naturally occurring T cells (Tregs) of mice, which have a self-reactive cellular profile. Recently, expression of other markers that aid in the identification of these cells has been detected in lymphocyte subtypes of individuals suffering of autoimmune and idiopathic diseases, including: CD25, CTLA-4 (cytotoxic T-lymphocyte antigen 4), HLA-DR (human leukocyte antigen) and Interleukin 10 (IL-10), opening new perspectives for a better understanding of an association between such receptors present on the cell surface and the prognosis of autoimmune diseases. The role of these molecules has already been described in the literature for the modulation of the inflammatory response in infectious and parasitic diseases. Thus, the function, phenotype and frequency of expression of the a-chain receptor of IL-2 (CD25) and IL-10 in lymphocyte subtypes were investigated. Murine models have been used to demonstrate a possible correlation between the expression of the CD25 marker (on the surface of CD4 lymphocytes) and the control of self-tolerance mechanisms. These studies provided support for the presentation of a review of the role of cells expressing IL-2, IL-10, HLA-DR and CTLA-4 receptors in the monitoring of immunosuppression in diseases classified as autoimmune, providing perspectives for understanding peripheral regulation mechanisms and the pathophysiology of these diseases in humans. In addition, a therapeutic approach based on the manipulation of the phenotype of these cells and ways of scintigraphically monitoring the manifestations of these diseases by labeling their receptors is discussed as a perspective. In this paper, we have included the description of experiments in ex vivo regulation of IL-10 and synthesis of thio-sugars and poly-sugars to produce radiopharmaceuticals for monitoring inflammation. These experiments may yield benefits for the treatment and prognosis of autoimmune diseases.

Resumo Estudos anteriores já haviam demonstrado a expressão do marcador CD25 na superfície de células T de ocorrência natural (Tregs) de camundongos, que apresentam perfil celular autorreativo. Recentemente, foi detectada, em subtipos de linfócitos de indivíduos acometidos por doenças autoimunes e de causa idiopática, a expressão de outros marcadores, que auxiliam na identificação dessas células, entre os quais: CD25, CTLA-4 (cytotoxic T-lymphocyte antigen 4), HLA-DR (human leucocyte antigen) e Interleucina 10 (IL-10), abrindo novas perspectivas para a melhor compreensão de uma associação entre esses receptores presentes na superfície celular e o prognóstico de doenças autoimunes. O papel dessas moléculas já havia sido descrito na literatura na modulação da resposta inflamatória em doenças infectoparasitárias. Dessa forma, foram investigados a função, o fenótipo e a frequência de expressão, do receptor de cadeia a da IL-2 (CD25) e de IL-10 em subtipos de linfócitos. O modelo murino tem sido utilizado para demonstrar uma possível correlação entre a expressão do marcador CD25 (na superfície de linfócitos CD4) e o controle dos mecanismos de autotolerância. Essas pesquisas forneceram suporte para apresentação de uma revisão sobre o papel das células que expressam os receptores de IL-2, IL-10, HLA-DR e CTLA-4 no monitoramento da imunossupressão, em doenças de classificação autoimune, abrindo perspectivas para o entendimento dos mecanismos de regulação periférica e sobre a fisiopatologia dessas doenças no ser humano. Além disso, é discutida como perspectiva uma abordagem terapêutica fundamentada na manipulação do fenótipo dessas células, bem como de modos de monitoramento cintilográfico das manifestações dessas doenças, por meio da marcação de seus receptores. Nestes, foram incluídas descrições das experiências em regulação ex-vivo de IL-10; de síntese de tioaçúcares e de poliaçúcares para produção de radiofármacos para monitoramento de inflamações. Essas experiências podem trazer benefícios na terapia e no prognóstico de doenças autoimunes.

The role of regulatory T cells, interleukin-10 and in vivo scintigraphy in autoimmune and idiopathic diseases - Therapeutic perspectives and prognosis.

Previous studies have demonstrated the expression of the CD25 marker on the surface of naturally occurring T cells (Tregs) of mice, which have a self-reactive cellular profile. Recently, expression of other markers that aid in the identification of these cells has been detected in lymphocyte subtypes of individuals suffering of autoimmune and idiopathic diseases, including: CD25, CTLA-4 (cytotoxic T-lymphocyte antigen 4), HLA-DR (human leukocyte antigen) and Interleukin 10 (IL-10), opening new perspectives for a better understanding of an association between such receptors present on the cell surface and the prognosis of autoimmune diseases. The role of these molecules has already been described in the literature for the modulation of the inflammatory response in infectious and parasitic diseases. Thus, the function, phenotype and frequency of expression of the a-chain receptor of IL-2 (CD25) and IL-10 in lymphocyte subtypes were investigated. Murine models have been used to demonstrate a possible correlation between the expression of the CD25 marker (on the surface of CD4 lymphocytes) and the control of self-tolerance mechanisms. These studies provided support for the presentation of a review of the role of cells expressing IL-2, IL-10, HLA-DR and CTLA-4 receptors in the monitoring of immunosuppression in diseases classified as autoimmune, providing perspectives for understanding peripheral regulation mechanisms and the pathophysiology of these diseases in humans. In addition, a therapeutic approach based on the manipulation of the phenotype of these cells and ways of scintigraphically monitoring the manifestations of these diseases by labeling their receptors is discussed as a perspective. In this paper, we have included the description of experiments in ex vivo regulation of IL-10 and synthesis of thio-sugars and poly-sugars to produce radiopharmaceuticals for monitoring inflammation. These experiments may yield benefits for the treatment and prognosis of autoimmune diseases.

Development of a mouse computational model for MCNPx based on Digimouse (r) images and dosimetric assays

ABSTRACT The aim of this study was to create and test a new mice 3D-voxel phantom named DM_BRA for mice and human first-estimation radiopharmaceutical dosimetry. Previously, the article reviews the state-of-art in animal model development. Images from Digimouse CT database were used in the segmentation and on the generation of the voxelized phantom. Simulations for validation of the DM_BRA model was performed at 0.015, 0.1, 0.5, 1 and 4 MeV photons with heart-source. Specific Absorbed Fractions (SAF) data were compared with literature data. The organ masses of DM_BRA correlated well with existing models based on the same dataset; however, few small organ masses hold significant variations. The SAF data in most simulated cases were statistically equal to a significant level of 0.01 to the reference data.

Balloon-based adjuvant radiotherapy in breast cancer: comparison between 99mTc and HDR 192Ir / Radioterapia adjuvante em câncer de mama com balão de 99mTc comparativo ao balão HDR 192Ir

Abstract Objective: To perform a comparative dosimetric analysis, based on computer simulations, of temporary balloon implants with 99mTc and balloon brachytherapy with high-dose-rate (HDR) 192Ir, as boosts to radiotherapy. We hypothesized that the two techniques would produce equivalent doses under pre-established conditions of activity and exposure time. Materials and Methods: Simulations of implants with 99mTc-filled and HDR 192Ir-filled balloons were performed with the Siscodes/MCNP5, modeling in voxels a magnetic resonance imaging set related to a young female. Spatial dose rate distributions were determined. In the dosimetric analysis of the protocols, the exposure time and the level of activity required were specified. Results: The 99mTc balloon presented a weighted dose rate in the tumor bed of 0.428 cGy.h-1.mCi-1 and 0.190 cGyh-1.mCi-1 at the balloon surface and at 8-10 mm from the surface, respectively, compared with 0.499 and 0.150 cGyh-1.mCi-1, respectively, for the HDR 192Ir balloon. An exposure time of 24 hours was required for the 99mTc balloon to produce a boost of 10.14 Gy with 1.0 Ci, whereas only 24 minutes with 10.0 Ci segments were required for the HDR 192Ir balloon to produce a boost of 5.14 Gy at the same reference point, or 10.28 Gy in two 24-minutes fractions. Conclusion: Temporary 99mTc balloon implantation is an attractive option for adjuvant radiotherapy in breast cancer, because of its availability, economic viability, and similar dosimetry in comparison with the use of HDR 192Ir balloon implantation, which is the current standard in clinical practice.

Resumo Objetivo: Análise dosimétrica comparativa entre técnicas de implantes temporários de reforço por meio de balões de 99mTc e de 192Ir de alta taxa de dose (high dose rate - HDR) mediante simulação computacional. A hipótese é que ambos produzem dosimetria equivalente em condições pré-estabelecidas de atividade e exposição. Materiais e Métodos: Simulações de implantes com balão preenchido com 99mTc e balão HDR-192Ir foram elaboradas no Siscodes/ MCNP5, modelando em voxels um tórax feminino reproduzido de ressonância magnética de mama jovem. Distribuições espaciais de taxas de dose absorvidas foram geradas. Análises dosimétricas dos protocolos foram apresentadas especificando tempo acumulado e atividade requerida. Resultados: Implante temporário com balão-99mTc apresentou taxa de dose ponderada no leito do tumor, na adjacência do balão, de 0,428 cGyh-1.mCi-1, e a 8-10 mm distante, de 0,190 cGyh-1.mCi-1, enquanto o implante de balão com 192Ir apresentou 0,499 e 0,150 cGyh-1.mCi-1, respectivamente. A exposição de 24 horas para balão-99mTc foi necessária para produzir o reforço de 10,14 Gy com 1,0 Ci, ao passo que para balão HDR-192Ir foram necessários 24 minutos com segmentos de 10,0 Ci para gerar 5,14 Gy no mesmo ponto de referência, ou 10,28 Gy em duas frações de 24 minutos. Conclusão: Implante temporário com balão-99mTc é atrativo para a radioterapia adjuvante do câncer de mama, devido a disponibilidade, viabilidade econômica e equivalência radiodosimétrica ao balão HDR-192Ir, protocolo presente na prática clínica.

Estudo histopatológico comparativo de linfonodos jugulodigástricos em radioterapia de cabeça e pescoço, no cão / Comparative histopathological study of jugulodigastric lymph nodes on head and neck radiotherapy, in the dog

Introdução: A radioterapia pode ser usada com eficácia tantoexclusivamente quanto como adjuvante no tratamento dospacientes com gânglios cervicais clinicamente positivos. Osresultados do tratamento são reservados na maioria dos casos.Objetivo: Descrever as alterações histopatológicas observadasem linfonodos jugulodigástricos de um cão submetido a irradiaçõesde cabeça e pescoço com Cobalto 60 (Co60). Método: Um cãofoi submetido a irradiações da região lateral esquerda da cabeçae pescoço, utilizando-se Cobalto 60 (Co60), com doses semanaisde 2 Gy durante duas semanas, totalizando 4 Gy de radiação.Procedeu-se à exérese de um linfonodo jugulodigástrico esquerdoe de um linfonodo jugulodigástrico direito, com subsequenteanálise histopatológica. Resultados: No linfonodo jugulodigástricodireito foi observada ausência das trabéculas que se projetariamda cápsula e ausência de nódulos linfoides na lâmina, que foitomada por um tecido conjuntivo denso desordenado jovem. Nolinfonodo jugulodigástrico esquerdo observou-se pronunciadafibrose densa ordenada no centro da peça, circundada portecido conjuntivo denso desordenado. Conclusão: Os efeitosda radioterapia atingem também as células constituintes doslinfonodos, ocasionando um processo inflamatório que leva àdestruição dessas células, que são substituídas por tecido fibrosocicatricial. Ocorre então a perda de função dos linfonodos, oque causa obstrução da drenagem linfática e imunossupressãotransitória devido à perda de células do sistema imune.

Comparative dosimetry in intracavitary balloon catheter brachytherapy with I-125 and in Cf-252 brachytherapy combined with BNCT for brain tumors

Objective Comparative analysis of dosimetry in intracavitary balloon catheter brachytherapy with I-125 and in Cf-252 brachytherapy combined with BNCT for treatment of brain tumors. Materials and Methods Simulations of intracavitary balloon catheter brachytherapy with I-125 and in Cf-252 brachytherapy combined with BNCT were performed with the MCNP5 code, modeling the treatment of a brain tumor on a voxel computational phantom representing a human head. Absorbed dose rates were converted into biologically weighted dose rates. Results Intracavitary balloon catheter brachytherapy with I-125 produced biologically weighted mean dose rates of 3.2E-11, 1.3E-10, 1.9E-11 and 6.9E-13 RBE.Gy.h-1.p-1.s, respectively, on the healthy tissue, on the balloon periphery and on the I 1 and I 2 tumor infiltration zones. On the other hand, Cf-252 brachytherapy combined with BNCT produced a biologically weighted mean dose rate of 5.2E-09, 2.3E-07, 8.7E-09 and 2.4E-09 RBE.Gy.h-1.p-1.s, respectively on the healthy tissue, on the target tumor and on the I 1 and I 2 infiltration zones. Conclusion Cf-252 brachytherapy combined with BNCT delivered a selective irradiation to the target tumor and to infiltration zones, while intracavitary balloon catheter brachytherapy with I-125 delivered negligible doses on the tumor infiltration zones. .

Dosimetria comparativa de braquiterapia de próstata com sementes de I-125 e Pd-103 via SISCODES/MCNP / Comparative dosimetry of prostate brachytherapy with I-125 and Pd-103 seeds via SISCODES/MCNP

OBJETIVO: O presente artigo visa apresentar um estudo dosimétrico comparativo de braquiterapia de próstata com sementes de I-125 e Pd-103. MATERIAIS E MÉTODOS: Um protocolo adotado para ambos os implantes com 148 sementes foi simulado em um fantoma tridimensional heterogêneo de pelve por meio dos códigos SISCODES/MCNP5. Histogramas dose-volume na próstata, bexiga e reto, índices de doses D10, D30, D90, D0,5cc, D2cc e D7cc, e representações de distribuição espacial de dose foram avaliados. RESULTADOS: A atividade inicial de cada semente de I-125, para que D90 seja equivalente à dose de prescrição, foi calculada em 0,42 mCi, e de Pd-103, em 0,94 mCi. A dose máxima na uretra foi 90% e 108% da dose de prescrição para I-125 e Pd-103, respectivamente. A D2cc para I-125 foi 30 Gy no reto e 127 Gy na bexiga, e para Pd-103 foi 29 Gy no reto e 189 Gy na bexiga. A D10 no osso do púbis foi 144 Gy para I-125 e 66 Gy para Pd-103. CONCLUSÃO: Os resultados indicam que os implantes de Pd-103 e I-125 puderam depositar a dose prescrita no volume alvo. Entre os achados, observou-se excessiva exposição de radiação nos ossos da pelve, principalmente no protocolo com I-125.

OBJECTIVE: The present paper is aimed at presenting a comparative dosimetric study of prostate brachytherapy with I-125 and Pd-103 seeds. MATERIALS AND METHODS: A protocol for both implants with 148 seeds was simulated on a heterogeneous three-dimensional pelvic phantom by means of the SISCODES/MCNP5 codes. Dose-volume histograms on prostate, rectum and bladder, dose indexes D10, D30, D90, D0.5cc, D2cc and D7cc, and representations of the spatial dose distribution were evaluated. RESULTS: For a D90 index equivalent to the prescription dose, the initial activity of each I-125 seed was calculated as 0.42 mCi and of Pd-103 as 0.94 mCi. The maximum dose on the uretra was 90% and 108% of the prescription dose for I-125 and Pd-103, respectively. The D2cc for I-125 was 30 Gy on the rectum and 127 Gy on the bladder; for Pd-103 was 29 Gy on the rectum and 189 Gy on the bladder. The D10 on the pubic bone was 144 Gy for I-125 and 66 Gy for Pd-103. CONCLUSION: The results indicate that Pd-103 and I-125 implants could deposit the prescribed dose on the target volume. Among the findings of the present study, there is an excessive radiation exposure of the pelvic bones, particularly with the I-125 protocol.

Simulação e análise dosimétrica de protonterapia e íons de carbono no tratamento do melanoma uveal / Simulation and dosimetric analysis of proton and carbon ion therapy in the treatment of uveal melanoma

OBJETIVO: Este artigo apresenta a avaliação dosimétrica da radioterapia por íons de carbono em comparação à protonterapia. MATERIAIS E MÉTODOS: As simulações computacionais foram elaboradas no código Geant4 (GEometry ANd Tracking). Um modelo de olho discretizado em voxels implementado no sistema Siscodes (sistema computacional para dosimetria em radioterapia) foi empregado, em que perfis de dose em profundidade e curvas de isodose foram gerados e superpostos. Nas simulações com feixe de íons de carbono, distintos valores de energia do feixe foram adotados, enquanto nas simulações com feixe de prótons os dispositivos da linha de irradiação foram incluídos e diferentes espessuras do material absorvedor foram aplicadas. RESULTADOS: As saídas das simulações foram processadas e integradas ao Siscodes para gerar as distribuições espaciais de dose no modelo ocular, considerando alterações do posicionamento de entrada do feixe. Os percentuais de dose foram normalizados em função da dose máxima para um feixe em posição de entrada específica, energia da partícula incidente e número de íons de carbono e de prótons incidentes. CONCLUSÃO: Os benefícios descritos e os resultados apresentados contribuem para o desenvolvimento das aplicações clínicas e das pesquisas em radioterapia ocular por íons de carbono e prótons.

OBJECTIVE: The present paper addresses the dosimetric evaluation of carbon ion radiotherapy as compared with proton therapy. MATERIALS AND METHODS: Computer simulations were undertaken with the Geant4 (GEometry ANd Tracking) code. An eye model discretized into voxels and implemented in the Siscodes system (computer system for dosimetry in radiation therapy) was utilized to generate and superimpose depth dose profiles and isodose curves. Different values for beam energy were adopted in the simulations of carbon ion beams, while in the simulation with proton beams irradiation line devices were included with different absorbing material thicknesses. RESULTS: The simulations outputs were processed and integrated into the Siscodes to generate the spatial dose distribution in the eye model, considering changes in the beam entrance position. The dose rates were normalized as a function of the maximum dose for a beam at a specific entrance position, incident particle energy and number of incident carbon ions and protons. CONCLUSION: The described benefits together with the presented results contribute to the development of clinical applications and researches on carbon ion and proton therapy.

Evaluation of hela cell lineage response to β radiation from Holmium-166 embedded in ceramic seeds

This work studied the effects of β radiation of Ho-166 embedded in ceramic seeds on HeLa cells. Methodology consisted in the production of ceramic seeds with holmium-165 by sol-gel route. Chemical and physical characterizations of the seeds were performed. Subsequently, nuclear characterization was performed by gamma spectrometry. Experimental and theoretical activities were defined and initial dose rate were evaluated by MIRD (Medical Internal Radiation Dose Committee) methodology. The seeds were placed in confluent culture flasks and remained for six radionuclide half-lives. Biological results were represented by a clean 6 mm diameter area around the seed where the tumour cells were killed. The initial dose rate was 15.5 Gy. h-1. The maximum absorbed dose was 591.3 Gy. The features of the Ho-166 seeds suggested that such ceramic seeds were suitable for high dose rate brachytherapy.

Sistema computacional para dosimetria de nêutrons e fótons baseado em métodos estocásticos aplicado a radioterapia e radiologia / Stochastic method-based computational system for neutron/photon dosimetry applied to radiotherapy and radiology

OBJETIVO: Este artigo mostra um procedimento de conversão de imagens de tomografia computadorizada ou de ressonância magnética em modelo de voxels tridimensional para fim de dosimetria. Este modelo é uma representação personalizada do paciente que pode ser usado na simulação, via código MCNP (Monte Carlo N-Particle), de transporte de partículas nucleares, reproduzindo o processo estocástico de interação de partículas nucleares com os tecidos humanos. MATERIAIS E MÉTODOS: O sistema computacional desenvolvido, denominado SISCODES, é uma ferramenta para planejamento computacional tridimensional de tratamentos radioterápicos ou procedimentos radiológicos. Partindo de imagens tomográficas do paciente, o plano de tratamento é modelado e simulado. São então mostradas as doses absorvidas, por meio de curvas de isodoses superpostas ao modelo. O SISCODES acopla o modelo tridimensional ao código MCNP5, que simula o protocolo de exposição à radiação ionizante. RESULTADOS: O SISCODES vem sendo utilizado no grupo de pesquisa NRI/CNPq na criação de modelos de voxels antropomórficos e antropométricos que são acoplados ao código MCNP para modelar braquiterapias e teleterapias aplicadas a tumores em pulmões, pelve, coluna, cabeça, pescoço, e outros. Os módulos atualmente desenvolvidos no SISCODES são apresentados junto com casos exemplos de planejamento radioterápico. CONCLUSÃO: O SISCODES provê de maneira rápida a criação de modelos de voxels personalizados de qualquer paciente que podem ser usados em simulações por códigos estocásticos tipo MCNP. A combinação da simulação via MCNP com um modelo personalizado do paciente traz grandes melhorias na dosimetria de tratamentos radioterápicos.

OBJECTIVE: The present paper describes a procedure for conversion of computed tomography or magnetic resonance images into a three-dimensional voxel model for dosimetry purposes. Such model is a personalized representation of the patient that can be utilized in nuclear particle transport simulations by means of the MCNP (Monte Carlo N-Particle) code, reproducing the stochastic process of nuclear particles interaction with human tissues. MATERIALS AND METHODS: The developed computational system - SISCODES - is a tool designed for 3D planning of radiotherapy or radiological procedures. Based on tomographic images of the patient, the treatment plan is modeled and simulated. Then, the absorbed doses are shown by means of isodose curves superimposed on the model. The SISCODES couples the threedimensional model with the MCNP5 code, simulating the protocol of exposure to ionizing radiation. RESULTS: The SISCODES has been utilized by the NRI/CNPq in the creation of anthropomorphic and anthropometric voxel models which are coupled with the MCNP code for modeling brachytherapy and teletherapy applied to lung, pelvis, spine, head and neck tumors, among others. The current SISCODES modules are presented together with examples of cases of radiotherapy planning. CONCLUSION: The SISCODES provides a fast method to create personalized voxel models of any patient which can be used in stochastic simulations. The combination of the MCNP simulation with a personalized model of the patient increases the dosimetry accuracy in radiotherapy.

Análise da distribuição espacial de dose absorvida em próton terapia ocular / Spatial distribution analysis of absorbed dose in ocular proton radiation therapy

OBJETIVO: Propõe-se avaliar os perfis de dose em profundidade e as distribuições espaciais de dose para protocolos de radioterapia ocular por prótons, a partir de simulações computacionais em código nuclear e modelo de olho discretizado em voxels. MATERIAIS E MÉTODOS: As ferramentas computacionais empregadas foram o código Geant4 (GEometry ANd Tracking) Toolkit e o SISCODES (Sistema Computacional para Dosimetria em Radioterapia). O Geant4 é um pacote de software livre, utilizado para simular a passagem de partículas nucleares com carga elétrica através da matéria, pelo método de Monte Carlo. Foram executadas simulações computacionais reprodutivas de radioterapia por próton baseada em instalações pré-existentes. RESULTADOS: Os dados das simulações foram integrados ao modelo de olho através do código SISCODES, para geração das distribuições espaciais de doses. Perfis de dose em profundidade reproduzindo o pico de Bragg puro e modulado são apresentados. Importantes aspectos do planejamento radioterápico com prótons são abordados, como material absorvedor, modulação, dimensões do colimador, energia incidente do próton e produção de isodoses. CONCLUSÃO: Conclui-se que a terapia por prótons, quando adequadamente modulada e direcionada, pode reproduzir condições ideais de deposição de dose em neoplasias oculares.

OBJECTIVE: The present study proposes the evaluation of the depth-dose profiles and the spatial distribution of radiation dose for ocular proton beam radiotherapy protocols, based on computer simulations in nuclear codes and an eye model discretized into voxels. MATERIALS AND METHODS: The employed computational tools were Geant4 (GEometry ANd Tracking) Toolkit and SISCODES (Sistema Computacional para Dosimetria em Radioterapia - Computer System for Dosimetry in Radiotherapy). Geant4 is a toolkit for simulating the passage of particles through the matter, based on Monte Carlo method. Computer simulations of proton therapy were performed based on preexisting facilities. RESULTS: Simulation data were integrated into SISCODES on the eye's model generating spatial dose distributions. Dose depth profiles reproducing the pure and modulated Bragg peaks are presented. Relevant aspects of proton beam radiotherapy planning are considered such as material absorber, modulation, collimator dimensions, incident proton energy and isodose generation. CONCLUSION: The conclusion is that proton therapy when properly modulated and directed can reproduce the ideal conditions for the dose deposition in the treatment of ocular tumors.

Considerações radiodosimétricas da braquiterapia ocular com iodo-125 e rutênio/ródio-106 / Radiodosimetric considerations on ocular brachytherapy with iodine-125 and ruthenium/rhodium-106

OBJETIVO: Analisar, por meio de um modelo computacional da região ocular, as características da distribuição da dose utilizando placas contendo iodo-125 e rutênio/ródio-106. MATERIAIS E MÉTODOS: Foi utilizado um modelo computacional de voxels da região ocular incluindo os diversos tecidos, com a placa posicionada sobre a esclera. O código Monte Carlo foi utilizado para simular a irradiação. A distribuição da dose é apresentada por curvas de isodoses. RESULTADOS: As simulações computacionais apresentam a distribuição da dose no interior do bulbo e nas estruturas externas. Os resultados permitem comparar a distribuição espacial das doses geradas por partículas beta e por fótons. As simulações mostram que a aplicação de sementes de iodo-125 implica alta dose no cristalino, enquanto o rutênio/ródio-106 produz alta dose na superfície da esclera. CONCLUSÃO: A dose no cristalino depende da espessura do tumor, da posição e do diâmetro da placa, e do radionuclídeo utilizado. No presente estudo, a fonte de rutênio/ródio-106 é recomendada para tumores de dimensões reduzidas. A irradiação com iodo-125 gera doses maiores no cristalino do que a irradiação com rutênio/ródio-106. O valor máximo de dose no cristalino corresponde a 12,75 por cento do valor máximo de dose com iodo-125 e apenas 0,005 por cento para rutênio/ródio-106.

OBJECTIVE: To analyze dose distribution utilizing plaques with iodine-125 and ruthenium/rhodium-106 in a computational model of the ocular region. MATERIALS AND METHODS: A voxel-based computational model including the different tissues of the ocular region was utilized with the plaque positioned on the sclera. The Monte Carlo code was utilized for simulating irradiation. The dose distribution is demonstrated by isodoses curves. RESULTS: Computational simulations demonstrate the dose distribution inside the ocular bulb as well as in adjacent outside structures. The results have allowed the authors to compare the spatial distribution of doses generated by beta particles and photons. The simulations demonstrated that the utilization of iodine 125 seeds implies a high dose to the crystalline lens, while ruthenium/rhodium-106 results in high dose on the sclera surface. CONCLUSION: The dose to the crystalline lens depends on the tumor position and thickness, the plaque diameter, and the radionuclide utilized. In the present study, the ruthenium/rhodium-106 source is recommended for low tumor thickness. Irradiation with iodine-125 results in higher doses to the crystalline lens than irradiation with ruthenium/rhodium-106. The maximum value for dose to the crystalline lens corresponds to 12.75 percent of the maximum dose with iodine-125 and only 0.005 percent for ruthenium/rhodium-106.

Primórdios do uso da radiação na medicina mineira / The beginning of the use of radiation in the Minas Gerais medicine

O presente artigo descreve ações particulares e públicas para o desenvolvimento de uma infra-estrutura apropriada para a implantação da radioterapia na prática médica na capital de Minas Gerais. Assim, surge o Instituto de Radium em Belo Horizonte, cidade que pretendia ser centro modernizador do estado. A radioterapia e os elementos radioativos ainda eram demasiadamente novos em seu uso medicinal, assim, durante a década de 1920, foram largamente empregados para a cura de um amplo sortimento de doenças: de dermatites aos diversos tipos de câncer. Para ilustrar os primórdios da aplicação das radiações na medicina, foram utilizados como fontes: jornais, revistas médicas e livros de auto-biografia. O artigo mostra também o papel da indústria farmacêutica na divulgação de fármacos radioativos e ainda de drogas que pretendiam curar o mal do câncer, o impacto da morte dos médicos-radiologistas, as estatísticas populacionais das principais causas de morte no estado de Minas Gerais, o desafio da aplicação da radioterapia nos casos de diagnóstico de câncer e os esforços no sentido de aprimorar os conhecimentos médicos na Área de Oncologia, esforços esses que promoveram a visita de Mme. Curie à Capital Mineira, e da doação, pela mesma, de uma agulha radioativa para o Instituto de Radium.

Os curiosos xenoimplantes glandulares do doutor Voronoff / Dr. Voronoff's curious glandular xeno-implants

O presente artigo trata da visita do médico Serge Voronoff ao Brasil durante as Jornadas Médicas de 1928 e a subseqüente demonstração de sua técnica de xenotransplante diante da classe médica. Recorreu-se a jornais da época para ilustrar a natureza do imaginário popular em torno da cirurgia controversa e de seus pretensos milagres para a preservação da saúde e a manutenção da vida. A iniciativa de Voronoff abriu espaço para que outros profissionais da medicina relatassem sua prática cirúrgica de xenotransplante e também levou à popularização do tema, como o demonstram marchinhas de carnaval e comentários picantes da imprensa, por exemplo. Uma análise baseada em parâmetros científicos atuais é apresentada com a sugestão do possível envolvimento dos xenotransplantes na epidemiologia do HIV.

Dr. Serge Voronoff visited Brazil during the Jornadas Médicas of 1928, where he demonstrated his xenotransplantation technique to the local medical community. The present article uses newspaper clippings from that time to illustrate how this controversial surgery and Voronoff's alleged miraculous preservation of good health and longevity was viewed in the popular imagination. Voronoff's initiative paved the way for other health professionals to report on their surgical experiences with xenotransplantation and also popularized the topic, which became the subject of Carnival songs and sardonic jokes in the press. An analysis is offered, based on current scientific parameters, along with a suggestion concerning the possible involvement of xenotransplantation in HIV epidemiology.

Os curiosos xenoimplantes glandulares do doutor Voronoff / Dr. Voronoff's curious glandular xeno-implants

Trata da visita do médico Serge Voronoff ao Brasil durante as Jornadas Médicas de 1928 e a subseqüente demonstração de sua técnica de xenotransplante diante da classe médica. Recorreu-se a jornais da época para ilustrar a natureza do imaginário popular em torno da cirurgia controversa e de seus pretensos milagres para a preservação da saúde e a manutenção da vida. A iniciativa de Voronoff abriu espaço para que outros profissionais da medicina relatassem sua prática cirúrgica de xenotransplante e também levou à popularização do tema, como o demonstram marchinhas de carnaval e comentários picantes da imprensa, por exemplo. Uma análise baseada em parâmetros científicos atuais é apresentada com a sugestão do possível envolvimento dos xenotransplantes na epidemiologia do HIV.(AU)

Avaliação de processos inflamatórios na articulação temporomandibular empregando leucócitos autólogos marcados com tecnécio-99m em modelo animal / Evaluation of inflammatory processes in temporomandibular joint employing technetium-99m-labelled autologous leukocytes in an animal model

OBJETIVO: O objetivo deste estudo foi identificar processos inflamatórios na articulação temporomandibular empregando leucócitos autólogos marcados com tecnécio-99m hexametilpropilenoaminooxima (99mTc-HMPAO). MATERIAIS E MÉTODOS: Foi utilizado um modelo experimental de indução de artrite na articulação temporomandibular de dez coelhos machos da raça Nova Zelândia, por meio da injeção intra-articular de ovalbumina na articulação temporomandibular esquerda de cada animal. Para controle, na articulação contralateral foi injetada solução salina. Após a marcação dos leucócitos com 99mTc-HMPAO e injeção endovenosa deste complexo nos coelhos, imagens cintilográficas foram obtidas. RESULTADOS: Observou-se captação aumentada dos 99mTc-HMPAO-leucócitos na articulação temporomandibular esquerda quando comparada à direita. A análise estatística foi realizada utilizando-se o teste não-paramétrico de Wilcoxon. Houve diferença estatisticamente significativa dos valores das contagens por minuto de radioatividade, relativos à articulação inflamada quando comparados aos valores obtidos na articulação contralateral (p = 0,0073). CONCLUSÃO: O método empregando leucócitos autólogos marcados com 99mTc-HMPAO é capaz de identificar focos inflamatórios de forma precoce e precisa, o que poderá contribuir na conduta terapêutica dos pacientes, antes que alterações estruturais sejam instaladas.

OBJECTIVE: The present study was aimed at identifying temporomandibular joint inflammatory processes employing technetium-99m hexamethylpropylene amine oxime (99mTc-HMPAO)-labelled autonomous leukocytes. MATERIALS AND METHODS: We have utilized an experimental model of arthritis induction in ten adult male New Zealand rabbits by means of ovalbumin intra-articular injection into each left temporomandibular joint. For control purposes, saline solution was injected. After leukocytes radiolabelling with 99mTc-HMPAO and injection into rabbits, scintigraphic images were obtained. RESULTS: A higher 99mTcHMPAO-leukocytes uptake was observed in left temporomandibular joint in comparison with the contralateral joint. Wilcoxon non-parametric test was applied for statistical analysis. There was a statistically significant difference between counts of radioactivity per minute in the inflammed joint and the contralateral one (p = 0.0073). CONCLUSION: The method employing 99mTc-HMPAO-labelled autologous leukocytes allows an early and accurate detection of inflammatory processes, contributing to the adoption of a therapeutic conduct for patients before structural alterations have occurred.

Indução de artrite na articulação temporomandibular: aspectos histopatológicos em modelo animal / induced arthriris in in tempormandibular joint: histopathological aspects in animal model

A articulação temporomandibular(ATM) é uma articulação sinovial quer representa a junção da mandíbula com o crânio. A ATM, os músculos da mastigação e as estruturas associadas podem ser acometidos por um grupo de condições denominado "desordem temporamandibular" (DTM). O objetivo deste estudo foi avaliar os aspectos histológicos das desordens inflamatórias, empregando modelo animal, após indução de artrite na ATM de dez coelhos machos da raça Nova Zelândia. A artrite foi induzida na ATM esquerda de cada animal por meio de injeção intra-articular de ovalbumina; como controle, injetou-se solução na articulação contralateral. Os exames histopatológicos, realizados sete dias após a indução da artrite, revelaram a presença de infiltrado inflamatório misto, apresentnado leucócitos mononucleares e polimorfonucleares na ATM tratada com ovalbumina; na ATM controle, observou-se ausência de infiltrado inflamatório. Os resultados deste estudo sugerem que é possível obter em coelhos um modelo experimental de inflamação na articulação tempormandibular (ATM)