Ocular Brachytherapy

Uveal melanoma is the most common primary intraocular tumor in adults, with an incidence in Europe ranging from 2-8 cases per million per year. The main aim of treatment is to eliminate the tumor and prevent metastatic dissemination. Brachytherapy is the most extended therapeutic option in the management of small- and medium-sized uveal melanomas. This eye-preserving technique achieves local control of the primary tumour and prevents from systemic dissemination. Though, radiation-induced side effects lead to progressive and permanent visual loss in most patients. Large-sized uveal melanomas are not suitable for brachytherapy because of the severe radiation adverse events. In these cases, enucleation (eye globe removal) is the only safe treatment.

The project aims to demonstrate the viability of a new technical development in ocular brachytherapy so as to minimize radiation collateral damage. The novelty arises from application of intravitreal iron oxide nanoparticles in order to form an external shield over the tumor surface. The nanoparticles are driven to the correct intraocular location by an externally-placed magnet adapted to the radioactive plaque and attached to the sclera over the tumor base. The formation of the nanoparticles shield would minimize ocular radiation adverse events. Iron nuclei are expected to partially block the spilling radiation to healthy intraocular tissues. Additionally, it is presumed that particles contacting the tumor surface act as radiosensitizers providing a homogenization of the absorbed dose in the tumor.

With our proposed device we expect to improve visual acuity in irradiated patients and to widen the current indications of brachytherapy (larger tumors could be included).

The project will investigate the expected effects of the interaction of nanoparticles and radiation in various tumor configurations through computer simulations, three-dimensional printed eye models, and finally with animals (rabbits) to demonstrate the proof of concept. The animal experimentation will serve to test the degree of fulfillment of the generated expectations: in a first phase, its is planned to demonstrate the formation of the intraocular shield of nanoparticles with the aid of an external magnet; and in a second phase, to apply the developed technology with real brachytherapy radiation.

After developing our asset, we expect a transfer agreement to the eye plaque brachytherapy industry to valorize our project by making the results accessible and usable for as many patients as possible.

El melanoma uveal és el tumor ocular més freqüent dels adults, amb una incidència aproximada a Europa de 2-8 casos per milió d’habitants i any. L’objectiu principal del tractament del tumor primari és la prevenció de la disseminació en forma de metàstasis. La braquiteràpia ocular és la modalitat de tractament més àmpliament utilitzada en el nostre medi per abordar tumors petits i mitjans. Es considera una tècnica que conserva el globus ocular aconseguint un bon control local de la malaltia i una prevenció de la disseminació sistèmica. El principal problema però, són els efectes secundaris derivats dels efectes intraoculars de les radiacions ionitzants que provoquen una disminució progressiva i irreversible de la visió en la gran majoria de pacients. El melanomes de dimensions grans no són tributaris al tractament amb braquiterapia pels efectes severs que la radiació produiria. En aquestes casos, la enucleació (extracció del globus ocular) és la única alternativa segura.

El projecte actual pretén demostrar la viabilitat d’un nou mètode millorat de braquiteràpia ocular amb l’objectiu de reduir els danys col·laterals de la radiació. La novetat consisteix en l’aplicació intraocular de nanopartícules d’òxid de ferro per a que formin un escut protector sobre la superfície tumoral. Les nanopartícules es dirigiran a la localització exacta de la lesió intraocular gràcies a l’aplicació d’un imant extern suturat a l’esclera sobre la base del tumor. La formació de l’escut de nanopartícules té com a finalitat minimitzar els efectes secundàries de la radiació. Per una part s’espera que els nuclis de ferro bloquegin parcialment la radiació que incideix sobre les estructures oculars sanes. Per una altra banda, les partícules que contactarien la superfície tumoral tindrien un efecte de radionsensibilitació del teixit que aconseguiria una homogeneïtzació de la dosi absorbida.

Amb aquesta novetat tecnològica es pretén conservar la visió dels malalts irradiats i a més ampliar l’espectre de les indicacions actuals de la braquiteràpia (els tumors de mida gran es podrien incloure).

El projecte investigarà els efectes teòrics de la interacció de les nanopartícules i la radiació ionitzant en diverses configuracions tumorals, gràcies a la simulació informàtica, creació de models oculars tridimensionals i finalment amb models animals (conills) per demostrar la prova de concepte. L’experimentació animal permetrà avaluar el grau d’acompliment de les expectatives generades: en una primera fase es planeja demostrar la formació de l’escut de nanopartícules amb l’ajuda de l’imant; i en una segona fase, l’aplicació de la tecnologia desenvolupada amb radiació real.

Amb el desenvolupament d’aquests valors, pretenem un acord de transferència a la industria productora de plaques de braquiteràpia amb l’objectiu que valoritzi el nostre projecte i difongui els resultat per fer-los accessibles a la major part de pacients possibles.