Modellering av biologisk effekt for mer presis protonterapi

Protonterapi er en ny form for strålebehandling i Norge, med åpning av protonsentre i Bergen og Oslo i 2025. Behandlingen kan skåne friskt vev i større grad enn tradisjonell strålebehandling med fotoner, og dermed redusere risikoen for bivirkninger for flere pasientgrupper. Protoner har en økt biologisk effekt sammenlignet med fotoner, og dette kvantifiseres gjennom den relative biologiske effektiviteten (RBE). Klinisk benyttes i dag en konstant RBE-verdi på 1.1, som vil si at protoner antas å være 10% mer effektive enn fotoner. Forskning har imidlertid vist at proton-RBE ikke er konstant, men varierer med både fysiske og biologiske forhold. Ved å ta bedre hensyn til slike variasjoner kan behandlingen tilpasses mer presist, slik at enda mer friskt vev skånes og behandlingsresultatet forbedres.

I dette doktorgradsprosjektet er prekliniske data analysert og brukt til å modellere variasjoner i proton-RBE. Basert på celleeksperimenter ble det utviklet en ny modell som beskriver disse variasjonene og viser betydelige avvik fra RBE 1.1. Det ble også undersøkt om maskinlæring kan brukes til å modellere RBE-variasjoner. Resultatene viser at maskinlæring kan finne mønstre i RBE-variasjonene uten at vi gir modellen forhåndsbestemte antakelser, men at mer prekliniske data er nødvendig for å lage pålitelige maskinlæringsmodeller for klinisk bruk. Data fra dyreforsøk er et viktig steg på veien mot å ta hensyn til variabel RBE i protonterapi. Det ble derfor også gjort en analyse av slik data, og resultatene støtter funnene fra celleeksperimenter, men viser samtidig behov for mer data for å kunne trekke sikrere konklusjoner.

Denne avhandlingen bidrar til økt forståelse av variasjoner i proton-RBE og de faktorene som påvirker dette. Inkludering av slike variasjoner i behandlingen vil kunne gi mer presis protonterapi, med redusert risiko for senskader etter kreft.

Personalia

Erlend Lyngholm (født 1996) fra Haugesund har en mastergrad i medisinsk fysikk og teknologi fra Universitetet i Bergen (UiB). Han startet doktorgradsarbeidet i 2021 ved Institutt for fysikk og teknologi, UiB. Hovedveileder er professor Kristian Smeland Ytre-Hauge (UiB), og medveileder er førsteamanuensis Camilla Hanquist Stokkevåg (Haukeland Universitetssjukehus/UiB).