Biologically Effective Dose in Total-Body Irradiation and Hematopoietic Stem Cell Transplantation

Background and Purpose:

Total-body irradiation (TBI) is an important part of the conditioning regimen for hematopoietic stem cell transplantation (HSCT) in patients with hematologic malignancies. The results after treatment with various TBI regimens were compared, and dose-effect relationships for the endpoints relapse incidence, disease-free survival, treatment-related mortality, and overall survival were derived. The aim was to define requirements for an optimal treatment schedule with respect to leukemic cell kill and late normal-tissue morbidity.

Material and Methods:

A literature search was performed. Three randomized studies, four studies comparing results of two or three TBI regimens, and nine reports with results of one specific TBI regimen were identified. Biologically effective doses (BEDs) were calculated. The results of the randomized studies and the studies comparing results of two or three TBI regimens were pooled, and the pooled relative risk (RR) was calculated for the treatments with high BED values versus treatments with a low BED. BED-effect relationships were obtained.

Results:

RRs for the high BED treatments were significantly lower for relapse incidence, not significantly different for disease- free survival and treatment-related mortality, and significantly higher for overall survival. BED-effect relationships indicate a decrease in relapse incidence and treatment-related mortality and an increase in disease-free and overall survival with higher BED values.

Conclusion:

“More dose is better”, provided that a TBI setting is used limiting the BEDs of lungs, kidneys, and eye lenses.

Hintergrund und Ziel:

Die Ganzkörperbestrahlung ist eine wichtige Komponente bei der Konditionierung des Patienten vor einer hämatopoetischen Stammzelltransplantation bei hämatologischen Malignomen. Die Therapieergebnisse verschiedener Ganzkörperbestrahlungs-Regime wurden verglichen und Dosis-Wirkungs-Beziehungen für die Endpunkte Rückfallinzidenz, krankheitsfreies Überleben, behandlungsbezogene Letalität und Gesamtüberleben abgeleitet. Ziel war, die Bedingungen eines auf Elimination von Leukämiezellen und Spätschäden von Normalgewebe optimierten Behandlungsplans zu definieren.

Material und Methoden:

Es wurde eine Literaturrecherche durchgeführt. Drei randomisierte Studien, vier Studien zum Vergleich von zwei oder drei Ganzkörperbestrahlungs-Regimen und neun Berichte über Ergebnisse eines spezifischen Ganzkörperstrahlungs-Regimes wurden gefunden. Es wurden die biologisch effektiven Dosen (BEDs) berechnet. Die Ergebnisse der randomisierten und der Studien, die zwei oder drei Ganzkörperbestrahlungs-Regime miteinander verglichen, wurden zusammengefasst und das gepoolte relative Risiko (RR) berechnet für Behandlungen mit hohen BED-Werten im Vergleich mit Behandlungen mit niedriger BED. Man erhielt BED-Wirkungs-Beziehungen.

Ergebnisse:

Die RR-Werte für Behandlungsformen mit hoher BED waren signifikant niedriger für die Rückfallinzidenz, nicht signifikant unterschiedlich hinsichtlich des krankheitsfreien Überlebens und der behandlungsbezogenen Letalität und signifikant höher, bezogen auf Gesamtüberleben. Die BED-Wirkungs-Relationen zeigen eine Abnahme der Rückfallinzidenz und der behandlungsbezogenen Letalität und eine Zunahme von krankheitsfreiem Überleben und Gesamtüberleben bei höheren BED-Werten.

Schlussfolgerung:

„Mehr Bestrahlung ist besser“—eine Ganzkörperbestrahlung vorausgesetzt, die die BEDs an Lungen, Nieren und Linsen begrenzt.