Fast neutron radiotherapy and boron neutron capture therapy: application to a human melanoma test system

Abstract

Fast neutron radiotherapy has proven to be an effective form of treatment in a selected subset of tumors (salivary gland tumors, sarcomas, and locally-advanced prostate cancer), but has not proven to be more beneficial than conventional photon irradiation for the majority of tumor types upon which it has been tested. Normal tissue tolerance limits preclude simply further escalating the neutron dose. Boron neutron capture (BNC) provides a way of selectively augmenting the radiation dose to the tumor. This process is described, and cell culture and animal model data reviewed. An irradiation configuration was developed where an enhancement of 2·10⁻³ for l μg of ¹⁰B per gram of tissue was achieved. This is similar to the enhancement achievable in the center of a 20 × 20 cm field envisioned for future applications such as metastases in the brain. A boron concentration of 50 μg per gram of tumor tissue leads to a 10% increase in the delivered physical dose in this scenario. The first human test of BNC enhancement of a fast neutron radiotherapy beam using pharmacologically-acceptable doses of orally-administered, ¹⁰B-enriched, L-para-boronophenylalanine is reported. An enhancement of tumor response was demonstrated for a melanoma skin nodule test system. Boron levels achieved in blood, skin, and tumors are presented. Future research plans are discussed.

La radiothérapie par neutrons rapides a fait la preuve de son efficacité dans le traitement de quelques tumeurs selectionnées (tumeurs des glandes salivaires, sarcomes et cancers localement évolués de la prostate). Elle ne présente pas d’avantage démontré par rapport aux rayons X dans la majorité des autres tumeurs évoluées. Les tissus sains en limitent souvent l’utilisation en ne permettant pas de donner les doses de neutrons nécessaires au contrôle local. La capture des neutrons par le bore (CNB) permet d’augmenter la dose à la tumeur de manière sélective. Ce processus est décrit et les résultats obtenus en culture cellulaire ou in vivo sur modèle animal sont revus. Une configuration d’irradiation a été développée dans laquelle la dose est augmentée de 2 x 10⁻³ pour 1 μg de ^l0B par gramme de tissu. Ce résultat est comparable à celui obtenu au centre d’un champs 20 × 20 cm qui pourrait être utilisé en clinique pour des métastases cérébrales, par exemple. Dans ce cas, une concentration de 50 μg par gramme de tissu produit une augmentation de dose de 10%. Le premier essai clinique a évalué l’administration orale d’une molécule de l-para-borophénylalanine enrichie en ¹⁰B avant un traitement par neutrons rapides pour un mélanome malin. Une augmentation de la réponse tumorale a été constatée au niveau d’un nodule cutané. Les niveaux de concentration de bore dans le sang, la peau et la tumeur, sont rapportés. Les projets de recherche futurs sont ensuite discutés.