Combined Fractionated External Beam Radiotherapy and Low-Dose-Rate Iodine-125 Seeds in an Experimental Tumor System

Background:

To quantify the effect of implanted low-dose-rate iodine seeds combined with fractionated external beam radiation on local control rates in an experimental tumor system.

Materials and Methods: Experiments were done on the rhabdomyosarcoma R1H of the rat transplanted s. c. into the back of male WAG/Raj albino rats. Tumors were irradiated with 200 kVp X-rays with 2 Gy/fraction 5 times weekly. The total dose of the external beam irradiation varied between 60 and 98 Gy for external beam radiotherapy alone and 10 Gy to 82 Gy for combined external beam radiotherapy and iodine seeds. One to 4 iodine seeds with a median activity of 21.05 MBq were permanently implanted 3 days before the start of external radiotherapy or 6 and 7 iodine seeds alone were used. The median tumor volume at the start of treatment was 0.12 cm³. Local tumor control rates were determined and TCD_37% values were calculated applying the maximum likelihood method.

Results: With increasing number of implanted iodine seeds the TCD_37% (of external beam irradiation) decreased. With external beam radiotherapy alone the TCD_37% amounted to 103.2 Gy (95% CI, 101.3 to 105.1 Gy) decreasing to (externally applied doses) 69.7 Gy (63.7 to 74.7 Gy) after 1 implanted iodine seed and further to 31.6 Gy (25.6 to 37.6 Gy) after 4 implanted iodine seeds. The effective dose (equivalent to external dose) per iodine seed decreased with increasing number of implanted iodine seeds. One iodine seed gave an effective dose of 33.5 Gy (28.5 to 39.5 Gy) decreasing to 17.9 Gy (16.4 to 19.4 Gy) after 4 iodine seeds.

Conclusions: The combined treatment of tumors with implanted low-dose-rate iodine seeds and external beam irradiation can decrease the total dose of the external beam irradiation and, hence, offer the possibility of considerable dose sparing of normal tissues without compromising local tumor control rates.

Hintergrund:

Prüfung des Effekts der Kombination von permanent implantierten Low-Dose-Rate-Jod-125-Seeds und fraktionierter externer Bestrahlung auf die lokalen Tumorkontrollraten in einem experimentellen Tumorsystem.

Material und Methoden: Die Experimente wurden am Rhabdomyosarkom R1H der Ratte durchgeführt, welches subkutan auf den Rücken von WAG/Raj-Albinoratten transplantiert wurde. Die Tumoren wurden mit 200 kVp Röntgenstrahlen mit 2 Gy/Fraktion fünfmal wöchentlich bestrahlt. Die Gesamtdosen der externen Bestrahlung variierten zwischen 60 und 98 Gy für alleinige externe Bestrahlung und 10 und 82 Gy für die Kombination aus externer Bestrahlung und implantierten Jod-Seeds. Ein bis vier Jod-Seeds mit einer medianen Aktivität von 21,05 Mbq wurden drei Tage vor Beginn der externen Bestrahlung permanent in die Tumoren implantiert; als Kontrollen wurden Tumoren mit sechs bis sieben Jod-Seeds permanent implantiert ohne zusätzliche externe Bestrahlung. Das mediane Tumorvolumen zu Behandlungsbeginn betrug 0,12 cm³. Die lokalen Tumorkontrollraten wurden ermittelt, und die TCD_37%-Werte wurden nach der Maximum-Likelihood-Methode berechnet.

Ergebnisse: Mit steigender Anzahl implantierter Jod-Seeds nahm die TCD_37% (der externen Bestrahlung) ab. Nach alleiniger externer Bestrahlung betrug die TCD_37% 103,2 Gy (95%-Vertrauensbereich 101,3 bis 105,1 Gy) und nahm nach Implantation eines Jod-Seeds auf 69,7 Gy (63,7 bis 74,7 Gy) ab bzw. 31,6 Gy (25,6 bis 37,6 Gy) nach vier implantierten Jod-Seeds. Die effektive Dosis (äquivalent einer externen Dosis) pro Jod-Seed nahm mit der Anzahl implantierter Jod-Seeds ab. Nach Implantation eines Jod-Seeds betrug die effektive Dosis 33,5 Gy (95%-Vertrauensbereich 28,5 bis 39,5 Gy) und nahm nach vier Jod-Seeds auf 17,9 Gy (16,4 bis 19,4 Gy) ab.

Schlussfolgerung: Die Kombination von externer Bestrahlung und Implantation von Jod-Seeds in Tumoren ermöglicht eine erhebliche Verringerung der extern applizierten Dosis und damit auch eine Verringerung der Belastung von Normalgeweben ohne Gefahr niedriger Tumorkontrollraten.