Linac Twins in Radiotherapy

In a radiotherapy department having more than one linear accelerator, it is rather common to match the dose output of all machines. In particular, the recently developed flattening filter free mode requires new investigations regarding the feasibility of matching and the consequences for quality assurance and workload. This refers also to the beam model of the radiotherapy treatment planning system. Our results show that matching is possible not only for flat beams but also for flattening filter free mode. Therefore, the machines can substitute each other in the case of breakdown or service without new treatment planning even in the case of complex intensity-modulated radiotherapy or volumetric-modulated arc therapy. The quality assurance is reduced to only one data set for both the linear accelerators and the radiotherapy treatment planning system

Analysen zum onkogenen Potenzial des E1B-55K-Proteins von Adenovirus Typ 5

Das 55-kDa Genprodukt der frühen Region 1B (E1B-55K) von Adenovirus Serotyp 5 (Ad5) ist ein multifunktionelles Phosphoprotein, das eine zentrale Rolle im Ad5-vermittelten Transformationsvorgang primärer Zellen einnimmt. Den onkogenen Aktivitäten des E1B-Proteins liegen verschiedene Wirkmechanismen zugrunde. An erster Stelle steht dabei die Inaktivierung des zellulären Tumorsuppressorproteins p53 auf der Ebene der Transkription. Als weitere Faktoren werden schon seit längerem eine intrinsische Kernexportaktivität und posttranslationale Funktionen vermutet, die über unterschiedliche Bereiche im viralen Polypeptid reguliert werden. Soweit bekannt, handelt es sich dabei um ein Leucin-reiches Kernexportsignal (NES) sowie um zwei hoch konservierte Sequenzmotive, die große Übereinstimmung zu sog. BC-Boxen oder atypischen RING-Fingerdomänen aufweisen. Vor dem Hintergrund dieser Beobachtungen wurden in der vorliegenden Arbeit weiterführende Untersuchungen zur Funktion des NES, der BC-Box und der RING-Fingerdomäne im E1B-55K-induzierten Transformationsvorgang durchgeführt. Im Mittelpunkt der Arbeiten standen verschiedene Mutanten des E1B-Proteins, die definierte Aminosäureaustausche in den entsprechenden Sequenzmotiven enthalten. Durch klassische Transformationsexperimente auf der Basis primärer Rattenepithelzellen gelang zunächst der Nachweis, dass die Kernexportfunktion des E1B-Proteins für seine transformierenden und onkogenen Eigenschaften nicht essenziell ist. Vielmehr zeigen die erzielten Ergebnisse, dass die Inhibition des Kernexportvorgangs die Transformationsrate und Tumorigenität der transformierten Zellen deutlich steigert. Die erhöhte Focus-Bildung und Tumorigenität der Zellen korreliert mit einem signifikanten Anstieg der E1B-vermittelten Repression p53-stimulierter Transkription, der vollständigen Umverteilung von p53 und PML-NB-Kerndomänen in große Proteinaggregate und der Bindung von E1B-55K an die PML-NB-Komponenten daxx und PML. Diese Beobachtungen zeigen erstmalig, dass die Wechselwirkung von E1B-55K mit daxx und PML und die damit verbundene Modulation der PML-NB-Kerndomänen einen wichtigen Schritt in E1B-induzierten Transformationsprozess darstellen. Diese Annahme wird durch die Untersuchungen zur Funktion der BC-Box und RING-Fingerdomäne unterstützt. Die Ergebnisse dieser Versuche zeigen, dass bestimmte Aminosäureaustausche in der BC-Box (E1B-BC1) oder in der RING-Fingerdomäne (E1B-RF6) die Transformationsrate deutlich reduzieren. Dabei korreliert der Phänotyp der BC1-Mutante mit dem Verlust der Inhibition p53-stimulierter Transkription in Reportergenanalysen. Im Gegensatz dazu wird die Repression von p53 durch die Mutationen in E1B-RF6 kaum beeinträchtigt. Dieser Befund ist hoch interessant, da er erstmals eine p53-unabhängige Funktion des E1B-Proteins im Ad5-vermittelten Transformationsprozess aufzeigt. Auf molekularer Ebene wird diese Aktivität höchstwahrscheinlich über die Wechselwirkung mit dem zellulären PML-NB-assoziierten Protein Mre11 vermittelt, das bekanntermaßen eine zentrale Rolle in der Reparatur von DNA-Doppelstrangbrüchen spielt. Interessanterweise verhindern die Mutationen in E1B-RF6 neben der Bindung an Mre11 auch die Umverteilung von PML-NBs und p53 in subnukleäre Proteinaggregate. Dies lässt vermuten, dass E1B-55K die Funktion und Lokalisation von PML-NBs bzw. PML-NB-assoziierten Komponenten über die Bindung an Mre11 moduliert. Ob und in welchem Umfang E1B-55K dabei die Mre11-regulierten Prozesse der DNA-Reparatur und Telomer-Erhaltung verändert, ist noch unklar. Erste Untersuchungen in diese Richtung weisen jedoch darauf hin, dass möglicherweise eine Funktion von Mre11 verändert wird, die im Zusammenhang mit der Zellzykluskontrolle bei G2/M-Phasenübergang stehen könnte. Im Ganzen zeigen diese Ergebnisse dieser Arbeit erstmals, dass Ad5 E1B-55K über p53-abhängige und -unabhängige Mechanismen zur vollständigen Transformation primärer Zellen beiträgt. Letztere Aktivität wird zumindest teilweise über die Wechselwirkung mit Mre11 und über die Modulation von PML-NBs bzw. den PML-NB-assoziierten Komponenten daxx und PML reguliert. Da alle bislang untersuchten DNA- und RNA-Tumorviren Genprodukte besitzen, die die Integrität von PML-NBs verändern, könnte die Bindung an Mre11 und die Mre11-abhängige Modulation von PML-NBs durch E1B-55K einen allgemein gültigen Mechanismus virusinduzierter Onkogenese darstellen

Bacterial glucuronidase as general marker for oncolytic virotherapy or other biological therapies

Background: Oncolytic viral tumor therapy is an emerging field in the fight against cancer with rising numbers of clinical trials and the first clinically approved product (Adenovirus for the treatment of Head and Neck Cancer in China) in this field. Yet, until recently no general (bio)marker or reporter gene was described that could be used to evaluate successful tumor colonization and/or transgene expression in other biological therapies. Methods: Here, a bacterial glucuronidase (GusA) encoded by biological therapeutics (e.g. oncolytic viruses) was used as reporter system. Results: Using fluorogenic probes that were specifically activated by glucuronidase we could show 1) preferential activation in tumors, 2) rena l excretion of the activated fluorescent compounds and 3) reproducible detection of GusA in the serum of oncolytic vaccinia virus treated, tumor bearing mice in several tumor models. Time course studies revealed that reliable differentiation between tumor bearing and healthy mice can be done as early as 9 days post injection of the virus. Regarding the sensitivity of the newly developed assay system, we could show that a single infected tumor cell could be reliably detected in this assay. Conclusion: GusA therefore has the potential to be used as a general marker in the preclinical and clinical evaluation of (novel) biological therapies as well as being useful for the detection of rare cells such as circulating tumor cell

Linac Twins with Flatness Filter Free Option in a Radiotherapy Department

Introduction Having two (or more) equal treatment machines (linac twins) enables a radiotherapy department to facilitate the workflow. The major part of the German standards (DIN) regarding quality assurance of medical linear accelerators has been reworked or has been published for the first time in the recent years due to technical developments. The aim of this study is to setup a commissioning procedure and a quality assurance program for linac twins with flattening filter free option and to investigate if time required for commissioning and quality assurance can be reduced as compared to 2 linacs of different types. This includes the radiotherapy planning system (RTPS). Material and Methods Tenders were invited to provide two linacs of the same type to replace the old Siemens Primus machines. We asked for linacs with two photon energies (6 and 15 MV), additional flatness filter free (FFF) option, capability of intensity modulated radiotherapy (IMRT) and volumetric modulated arc therapy (VMAT), and 5-6 different electron energies between 4 MeV and 22 MeV. Our requirement was that patients should be treatable at both machines with the same treatment plan. The first of the twin machines, an Elekta Synergy with Agility head, XVI Cone Beam CT, and Iview Portal Imaging has been installed and commissioned according to earlier experiences [1] and has been running in the clinical routine for several months, but initially not FFF. The second linac will be installed in April, therefore no comparative measurements are shown here but may be added for the final presentation. Although commissioning tests, the determination of basic performance characteristics, and consistency tests for linacs according the German standards [2] have to be accomplished for each machine, they can at least be set up identically without modifications for twin machines. This is also applicable for performance characteristics and consistency testing concerning special techniques as stereotactic radiotherapy [3; 4], and IMRT [5; 6], as well as electronic portal imaging devices (EPID) [2]. For commissioning of the linac in the RTPS Oncentra 4.3 (Nucletron an Elekta Company) a set of geometrical data, absolute, and relative dose measurements is required in addition to the acceptance test of the linac. The data are processed by the company to create a model of the treatment unit, which takes several weeks according to our experience. Once the model is delivered by the company, it has to be validated by the customer. One aim of the study is to investigate, if this procedure can be reduced to the validation process for the second linac. The draft of the German standard for consistency tests of RTPS DIN 6873 – 5 [7] requires calculations for each treatment machine. Probably part 1 of DIN 6873 for commissioning of RTPS which is in development will demand this too. Having only one treatment machine model reduces time and effort for quality assurance. The German directive “Strahlenschutz in der Medizin” [8], paragraph 2.3.4, requires a concept to ensure patient treatment even during machine down times (e.g. maintenance or breakdown). Linac twins allow shifting all patients from one machine to the other without calculating new treatment plans. The record and verify system (Mosaiq) can be configured in a manner that fields for one machine can be delivered at the other without warnings or password confirmation. Discussion and Conclusion We expect that the time and effort for commissioning and quality assurance will be reduced for linac twins. Earlier experiences with the Siemens Primus machines (of different generations) have shown that it was possible to get equivalent dose distributions at least for standard photon energies. As much more this should be possible for linacs of the same production series

Bacterial glucuronidase as general marker for oncolytic virotherapy or other biological therapies

Abstract Background Oncolytic viral tumor therapy is an emerging field in the fight against cancer with rising numbers of clinical trials and the first clinically approved product (Adenovirus for the treatment of Head and Neck Cancer in China) in this field. Yet, until recently no general (bio)marker or reporter gene was described that could be used to evaluate successful tumor colonization and/or transgene expression in other biological therapies. Methods Here, a bacterial glucuronidase (GusA) encoded by biological therapeutics (e.g. oncolytic viruses) was used as reporter system. Results Using fluorogenic probes that were specifically activated by glucuronidase we could show 1) preferential activation in tumors, 2) renal excretion of the activated fluorescent compounds and 3) reproducible detection of GusA in the serum of oncolytic vaccinia virus treated, tumor bearing mice in several tumor models. Time course studies revealed that reliable differentiation between tumor bearing and healthy mice can be done as early as 9 days post injection of the virus. Regarding the sensitivity of the newly developed assay system, we could show that a single infected tumor cell could be reliably detected in this assay. Conclusion GusA therefore has the potential to be used as a general marker in the preclinical and clinical evaluation of (novel) biological therapies as well as being useful for the detection of rare cells such as circulating tumor cells.</p

Characterization of Metastasis Formation and Virotherapy in the Human C33A Cervical Cancer Model

More than 90% of cancer mortalities are due to cancer that has metastasized. Therefore, it is crucial to intensify research on metastasis formation and therapy. Here, we describe for the first time the metastasizing ability of the human cervical cancer cell line C33A in athymic nude mice after subcutaneous implantation of tumor cells. In this model, we demonstrated a steady progression of lumbar and renal lymph node metastases during tumor development. Besides predominantly occurring lymphatic metastases, we visualized the formation of hematogenous metastases utilizing red fluorescent protein (RFP) expressing C33A-RFP cells. RFP positive cancer cells were found migrating in blood vessels and forming micrometastases in lungs of tumor-bearing mice. Next, we set out to analyze the influence of oncolytic virotherapy in the C33A-RFP model and demonstrated an efficient virus-mediated reduction of tumor size and metastatic burden. These results suggest the C33A-RFP cervical cancer model as a new platform to analyze cancer metastases as well as to test novel treatment options to combat metastases

Ganzkörperbestrahlung (TBI) mit Elekta Agility Linarbeschleunigern – Einführung einer ausgleichskörperfreien Sweeping-beam Technik und erste klinische Erfahrungen

Einleitung: Die TBI spielt im Rahmen der myeloablativen Konditionierung vor allogener und autologer Stammzelltransplantation eine wichtige Rolle. Viele Konditionierungskonzepte beinhalten die TBI mit unterschiedlichen Dosierungen, relativ häufig mit einer Gesamtdosis von 12 Gy. Die TBI bis 8 Gy kann ohne Ausblockung der Lungenkerne durchgeführt werden. Bei Dosen > 8 Gy ist die Dosisreduktion in den Lungenkernen auf < 8 Gy zur Vermeidung ausgeprägter pulmonaler Toxizitäten notwendig. Bis Ende 2012 standen am Universitätsklinikum Regensburg zwei Siemens Primus Linearbeschleuniger zur Verfügung. An diesen Beschleunigern wurde die TBI in Sweeping -beam-Technik mit Hilfe der Erlanger Schwerkraftschaukel (ESS) appliziert. Nach Umrüstung der Beschleuniger auf Elekta Agility war die Verwendung der ESS nicht mehr möglich, so dass sich die Notwendigkeit zur Änderung der Technik ergab. Material und Methode: Eine Sweeping-beam-Technik mit entsprechenden Aufsättigungsfeldern analog der Technik mit ESS wurde beibehalten. Der Ausgleichsfilter wurde durch zusätzliche Aufsättigungsfelder mit Keilfilter ersetzt. Für die 10 und 12 Gy TBI wurde die kollimatornahe durch eine patientennahe Ausblockung der Lungenkerne (auf < 7 Gy) ersetzt. Individuell gegossene Blöcke werden auf einer Makrolonplatte positioniert, die Position wird mit Film dokumentiert. Die Aufsättigung der Thoraxwand erfolgt wie bisher mittels individuell gegossenen Elektronenabsorbern und Elektronenstehfeld (individuelle Festlegung der Energie) von ventral und dorsal. Im Alderson- und in Plattenphantomen erfolgten Messungen der neuen Technik mittels Ionisationskammern und Gafchromic-Filmen. Die Kontrolle der In-vivo-Dosisverteilung erfolgt mittels Halbleitersondenmessung. Zudem kann sie durch 3-D-Planung rechnerisch nachvollzogen werden. Ergebnisse: Die relative Dosis (normiert auf Körpermitte, 60 cm caudal des Scheitels) liegt zwischen 93 und 112 % bei einem gestuften Plattenphantom. Das Dosisprofil zeigt im Vergleich zur alten Technik eine vergleichbare Dosisvarianz. Der Halbschatten der Transmissionsblöcke ist demjenigen der ehemaligen Technik qualitativ ähnlich. Bei unveränderter mittlerer Dosisleistung um 0,06 Gy/min liefert die neue Technik eine höhere maximale Dosisleistung bis 0,6 Gy/min. Die ersten Patientenbehandlungen ab Januar 2015 zeigten eine komplikationslose Durchführbarkeit der neuen TBI-Technik. Erhöhte Toxizitäten durch die höhere maximale Dosisleistung traten nicht auf. Die durchgeführten Sondenmessungen zeigte keine Abweichungen > 3 %. Diskussion: Die neu entwickelte TBI-Technik zeigt im Routinebetrieb eine gute Durchführbarkeit. Die Dosisverteilung ist ähnlich zur Vorgängertechnik mittels ESS. Die höhere maximale Dosisleistung und die leichten Unterschiede im Dosisprofil zeigten bei den ersten Behandlungen keine klinische Relevanz