Un equipo de investigadoras del Instituto de Investigación Biosanitaria de Granada (ibs.GRANADA) y de la Universidad de Granada ha dado un paso relevante en el desarrollo de terapias oncológicas más precisas al validar, por primera vez, la fiabilidad del código Monte Carlo PENHAN para el cálculo de dosis de radiación en tratamientos dirigidos con emisores alfa.
El estudio, publicado en la revista Physics in Medicine & Biology, compara de forma exhaustiva este código con otra herramienta ampliamente utilizada en física médica, FLUKA, en el contexto de la dosimetría a pequeña escala. Los resultados confirman que ambos sistemas son, en términos generales, adecuados para simular cómo se deposita la radiación a nivel celular, un aspecto crítico en este tipo de terapias emergentes.
Radiación dirigida al tumor
La terapia dirigida con radionúclidos consiste en administrar al paciente un radiofármaco que se acumula selectivamente en el tumor. Una vez allí, el isótopo radiactivo emite radiación que destruye las células cancerosas con un impacto limitado sobre el tejido sano.
Hasta ahora, la mayoría de los tratamientos aprobados utilizan emisores de electrones beta, como el yodo-131 o el lutecio-177. Sin embargo, los emisores alfa están despertando un interés creciente debido a sus propiedades físicas y biológicas.
A diferencia de la radiación beta, las partículas alfa tienen un alcance muy corto en los tejidos —del orden de micrómetros— pero una transferencia de energía mucho más alta. Esto permite concentrar la dosis de radiación en áreas muy localizadas y causar un daño más efectivo en las células tumorales, minimizando los efectos secundarios.
Radionúclidos como el astato-211 o el actinio-225 se perfilan como candidatos prometedores en este campo, aunque su uso clínico aún es limitado.
El reto de medir la dosis a escala celular
Para que estas terapias sean seguras y eficaces, es fundamental conocer con precisión cómo se distribuye la dosis de radiación dentro del organismo, especialmente a nivel celular. Sin embargo, las técnicas experimentales presentan importantes limitaciones a estas escalas, lo que hace imprescindible recurrir a métodos computacionales.
Las simulaciones Monte Carlo se han convertido en una herramienta clave en física médica porque permiten modelar con gran detalle las interacciones entre la radiación y la materia. No obstante, su fiabilidad depende de una validación rigurosa.
En este contexto, el estudio ha abordado una comparación detallada entre los códigos PENHAN y FLUKA, analizando su comportamiento en dos escenarios: la deposición de energía de partículas alfa monoenergéticas en una esfera microscópica de agua y la simulación de radionúclidos distribuidos en un modelo celular simplificado.
Resultados consistentes, pero con matices
Los resultados muestran que ambos códigos ofrecen valores estadísticamente compatibles en la mayoría de los casos, especialmente cuando se emplean los mismos parámetros físicos, como los denominados «poderes de frenado», que describen cómo las partículas pierden energía al atravesar la materia.
De hecho, el estudio identifica este parámetro como la principal fuente de discrepancia entre ambas herramientas. Cuando se utilizan conjuntos de datos coherentes, las diferencias prácticamente desaparecen.
No obstante, las investigadoras detectaron algunas anomalías relevantes. En concreto, FLUKA mostró un comportamiento inesperado en energías bajas (alrededor de 3 MeV), lo que podría provocar una subestimación de la dosis en determinadas condiciones. Este hallazgo ya ha sido comunicado a los desarrolladores del código para su corrección en futuras versiones. Además, se identificó una segunda fuente de discrepancia relacionada con los espectros de emisión de los radionúclidos. PENHAN incluye un tratamiento más detallado de las emisiones de baja energía, como los electrones Auger, lo que puede traducirse en estimaciones ligeramente superiores de la dosis en el entorno celular.
Para reforzar la solidez de los resultados, ambos códigos se compararon con MIRDcell, una herramienta analítica considerada estándar en dosimetría de radioterapia interna. En general, los tres enfoques mostraron una buena concordancia, lo que respalda la fiabilidad de las simulaciones.
«El estudio demuestra, por primera vez, la idoneidad de PENHAN para el transporte de partículas alfa de baja energía y la dosimetría a pequeña escala», concluyeron las autoras. No obstante, subrayan la importancia de utilizar parámetros físicos adecuados para garantizar la precisión de los cálculos.
Hacia tratamientos más personalizados
Más allá de la validación técnica, el trabajo tiene implicaciones relevantes para el futuro de la oncología. La posibilidad de simular con precisión la distribución de la dosis a nivel celular abre la puerta a terapias más personalizadas, en las que se optimice el tratamiento para cada paciente.
Asimismo, los resultados sientan las bases para estudios más complejos, como la simulación de grupos de células o tejidos completos, donde factores como la irradiación cruzada entre células pueden desempeñar un papel importante.
En este sentido, las investigadoras apuntan que el desarrollo de nuevas tecnologías, como los códigos Monte Carlo basados en GPU, podría reducir significativamente los tiempos de cálculo y facilitar su aplicación en entornos clínicos.
