- NAZIV PROGRAMA: Medicinska fizika
- VODJA PROGRAMA: prof. dr. Jeraj Robert (IJS/UL FMF)/asist. Božidar Casar (ONKOLOŠKI INŠTITUT)
- TRAJANJE: 1. 1. 2015 - 31. 12. 2020
- SESTAVA PROGRAMSKE SKUPINE
- RAZISKOVALNE ORGANIZACIJE: (1) Institut 'Jožef Stefan', (2) ONKOLOŠKI INŠTITUT LJUBLJANA, (3) Univerza v Ljubljani, Fakulteta za matematiko in fiziko in (4) Univerzitetni klinični center Ljubljana
- FTE: 4,13 FTE (SKUPNO)/ 0,39 FTE (ONKOLOŠKI INŠTITUT)
- FINANCIRANJE: Javna agencija za raziskovalno dejavnost Republike Slovenije (ARRS)
Vsebinski opis projekta
Medicinska fizika je interdisciplinarno raziskovalno področje, katerega cilj je razvoj novih aplikacij fizikalnih procesov in tehnologij na različnih področjih medicine. Medicinska fizika ima in bo imela velik vpliv na medicinsko prakso z razvojem izboljšanih tehnologij za slikanje in zdravljenje ter pomočjo pri izboljšanju našega razumevanja kompleksnosti bolezni. Medicinska fizika je zato tesno povezana z medicino, ki doživlja dramatičen premik iz akutnih v kronične bolezni. Ta premik je prinesel: (1) diagnostične postopke, ki postajajo vse bolj obsežni, (2) terapije, ki postajajo vse bolj prilagojene posameznemu bolniku in (3) boljše razumevanje izjemne kompleksnosti bolezni. Spopadanje s temi izzivi je privedlo do t.i. Nove Medicine ("4 P-ji medicine"): medicine, ki je bolj Predikativna, Personalizirana, Prednostna in Participativna. Predlagani Raziskovalni Program Medicinske Fizike (RPMF) je strukturiran okoli treh ključnih izzivov, ki hkrati predstavljajo tudi sledeče ključne programske stebre: (1) RPMF-slikanje, (2) RPMF-terapija in (3) RPMF-modeliranje.
RPMF-slikanje bo prispeval k znanosti kvantitativnega slikanja z razvojem novih tehnologij, ki bodo izboljšale kvantitativno natančnost molekularnega slikanja (napredni PET detektorji, dizajn naprednih pulznih sekvenc in sond za MRI, napredno kinetično modeliranje). RPMF-terapija bo prispeval k razvoju bolniku prilagojenega zdravljenja z uporabo tehnik molekularnega slikanja v diagnozi in zdravljenju v onkologiji (bolniku prilagojena radioterapija oz. druga terapija napredovalih rakov) ter nevrologiji (bolniku prilagojena obravnava pri nevrokognitivnih možganskih motnjah). RPMF-modeliranje bo prispeval k znanosti fizikalnega modeliranja kompleksnih bioloških sistemov z razvojem izboljšanih modelov normalnega in patološkega tkiva (optični in termični transport, rast tumorjev in odzivi na zdravljenja). Za izvedbo teh raziskav smo sestavili edinstveno interdisciplinarno RPMF raziskovalno skupino, ki vključuje člane iz največje slovenske univerze (Univerza v Ljubljani), največjega raziskovalnega inštituta (Institut Jožef Stefan), vseobsegajočega centra za obravnavo raka (Onkološki inštitut) in glavne terciarne bolnišnice (Univerzitetni Klinični Center Ljubljana). Kot tak bo RPMF zagotovil enkratno multidisciplinarno platformo za: (1) translacijo temeljnih fizikalnih raziskav v klinično prakso, (2) translacijo vrhunskih medicinskih tehnologij od akademskega nivoja do komercializacije, (3) pomoč pri visokošolskem izobraževanju na področju medicinske fizike v Sloveniji. Potrebno je omeniti, da medicinska fizika doslej še ni imela svojega raziskovalnega programa v Sloveniji kljub svoji visoki propulzivnosti in relevantnosti za lokalno gospodarstvo in zdravstvo, kar je razvidno tudi iz priljubljenosti magistrskega programa medicinske fizike. Nesporno je raziskovalni program medicinske fizike nujno potreben za podporo omenjenih aktivnosti. Predlagan program RPMF je neposredni odgovor na to potrebo.
Faze projekta in njihova realizacija
- Slikovni biomarkerji rezistence pri radiotrapiji sponatanih tumorjev v nosni votlini
Slikovni biomarkerji rezistence pri radioterapiji nam lahko pomagajo izboljšati zdravljenje. Večina študij do sedaj se je osredotočala na samo en potencialni biomarkers. V naši študiji pa smo raziskali več potencialnih biomarkerjev rezistence (proliferacija, hipoksija, metabolizm). Poleg tumorskega volumna, se je proliferacija, ki smo jo zaznali z FLT PET, predvsem residuum proliferacije med terapijo, se je izkazala kot negativni prognostični biomarker. Zanimivo pa je bilo, da niti FDG PET (metabolizm), niti Cu-ATSM PET (hypoxia), ki sta do sedaj veljala kot najbolj obetavna markerja, nista dosegla statistično značilne korelacije. Bibliografska referenca (COBISS.SI-ID): 2862180
- Benigni solidni ščitnični nodusi: UZ-vodena ablacija z uporabo fokusiranega ultrazvoka z visoko jakostjo – prve klinične izkušnje
Želeli smo oceniti učinkovitost in varnost ablacije benignih solidnih ščitničnih nodusov z uporabo ultrazvočno (UZ)-vodenega fokusiranega ultrazvoka z visoko jakostjo (HIFU). Ablacijo s HIFU smo izvedli pri 20 evtirotičnih bolnikih (povprečna starost, 44,5 let). Pred in po posegu (1 teden, 1, 3 in 6 mesecev) smo ocenjevali volumen nodusa, UZ zgradbo in dopplerski vzorec, spremljali smo tudi pojavnost stranskih učinkov. Ugotovili smo, da se je povprečni volumen nodusov po ablaciji zmanjšal s 4,96 ± 2,79 mL na 3,05 ± 1,96 mL po 3 mesecih (p(0,001), po 6 mesecih pa na 2,91 ± 2,43 ((0,001). V opazovalnem obdobju se je volumen nodusov zmanjšal za 48,7 ± 24,3% ((0,001). Izoehogeni nodusi so se po 1 mesecu izraziteje zmanjšali kot hipoehogeni nodusi (31,6 ± 18,1% vs 16,4 ± 8,6%, p = 0.053). Intenzivneje prekrvljeni nodusi so se po 3 mesecih zmanjšali manj v primerjavi s slabše prekrvljenimi nodusi (10,9 ± 14,5% vs 41,5 ± 20,3%, p = 0.054). Pri 2 bolnikih smo ugotavljali blage kratkotrajne stranske učinke (podkožni edem, blaga pordelost kože). Naše ugotovitve so potrdile učinkovitost in varnost UZ-vodene ablacije benignih solidnih ščitničnih nodusov s HIFU, izid zdravljenja pa je odvisen tudi od ehogenosti in prekrvljenosti nodusa. Bibliografska referenca (COBISS.SI-ID): 2244524
- Vpliv stereokemije aminokislinskega distančnika na farmakokinetiko z indijem-111 radiooznačenih analogov minigastrina za ciljanje CCK2/gastrinskega receptorja
Analogi minigastrina (MG) so potencialno uporabni za diagnostiko ter terapijo tumorjev s povišano izraženimi holecistokininskimi 2/gastrinskimi receptorji. Glavna težava trenutno uporabljanih analogov je metabolna nestabilnost ter visoko zadrževanje radioaktivnosti v ledvicah. Visoko zadrževanje v ledvicah je bilo povezano z zaporedjem glutaminskih kislin na N-terminalnem delu analoga in ga lahko v veliki meri znižamo z istočasnim vbrizganjem poliglutaminskih kislin ali gelofuzina. Cilj študije je bil ugotavljati vpliv stereokemije distančnika (aminokislin na N-terminalnem delu) na metabolno stabilnost ter farmakokinetiko dveh minigastrinskih analogov 111In−DOTA−(DGlu)6-Ala-Tyr-Gly-Trp-Met-Asp-Phe-NH2 (111In−PP11−D) in 111In−DOTA−(L-Glu)6-Ala-Tyr-Gly-Trp-Met-Asp-Phe-NH2 (111In−PP11−L). Z uporabo meritev cirkularnega dihroizma smo pokazali pomembno vlogo sekundarne strukture na farmakokinetične lastnosti dveh analogov minigastrina. Povišana in vitro serumska stabilnost ter izboljšano razmerje tumor-ledvica kažeta na to, da je analog 111In-PP11-D dober kandidat za nadaljnjo klinično uporabo. Bibliografska referenca (COBISS.SI-ID): 3861873
- Hiperspektralno slikanje za detekcijo artritisa: izvedljivost in možnosti
Pripravili smo realističen model neprizadetega in artritičnega prstnega sklepa. Model smo uporabili za simulacijo odbojnih in prepustnih hiperspektralnih slik z uporabo 3D Monte Carlo metode. Pokazali smo, da obstajata 2 optični okni, eno v NIR in drugo v SWIR regiji. Dodatno smo pokazali, da slike prepustnosti nosijo uporabno informacijo o bolezni. Predlagan pristop je udejanjen v prototipu diagnostične naprave, ki je trenutno v fazi kliničnega testiranja. Bibliografska referenca (COBISS.SI-ID): 28864551
- Silicijeve fotopomnoževalke v pozitronski tomografiji z uporabo svetlobe Čerenkova
V članku so predstavljeni rezultati meritev z ultra hitrim detektorjem za pozitronsko tomografijo, ki temelji na zaznavanju svetlobe Čerenkova. V takšnem detektorju so bile prvič uporabljene silicijeve fotopomnoževalke, s katerimi je bila dosežena občutno višja učinkovitost zaznavanja kot s predhodnimi detektorji. V teh prvih meritvah so bile uporabljene silicijeve fotopomnoževalke s slabšim časovnim odzivom, ki je omejeval ločljivost meritve časa preleta. Značilnost silicijevih fotopomnoževalk je tudi visok temni šum, zaradi katerega je bilo tesno napravo potrebno hladiti. Bibliografska referenca (COBISS.SI-ID): 28934695