Boron neutron capture therapy in cancer: past, present and future

Undifferentiated thyroid cancer (UTC) is a very aggressive tumor with no effective treatment, since it lacks iodine uptake and does not respond to radio or chemotherapy. The prognosis of these patients is bad, due to the rapid growth of the tumor and the early development of metastasis. Boron neutron capture therapy (BNCT) is based on the selective uptake of certain boron non-radioactive compounds by a tumor, and the subsequent irradiation of the area with an appropriate neutron beam. 10B is then activated to 11B, which will immediately decay releasing alpha particles and 7Li, of high linear energy transfer (LET) and limited reach. Clinical trials are being performed in patients with glioblastoma multiforme and melanoma. We have explored its possible application to UTC. Our results demonstrated that a cell line of human UTC has a selective uptake of borophenylalanine (BPA) both in vitro and after transplantation to nude mice. Treatment of mice by BNCT led to a complete control of growth and cure of 100 percent of the animals. Moreover dogs with spontaneous UTC also have a selective uptake of BPA. At the present we are studying the biodistribution of BPA in patients with UTC before its application in humans.

O câncer indiferenciado de tiróide (CIT) é um tumor muito agressivo sem tratamento efetivo, uma vez que não capta iodo e não responde à radio ou quimioterapia. O prognóstico desses pacientes é ruim, devido ao rápido crescimento do tumor e surgimento precoce de metástases. A terapia por captura de nêutrons de boro (TCNB) é baseada na captação seletiva de certos compostos de boro não-radioativos pelo tumor, e à subsequente irradiação da área com um feixe de nêutrons apropriado. O 10B é então ativado para 11B, cujo decaimento imediato libera partículas alfa e 7Li, de alta transferência linear de energia (TLE) e alcance limitado. Ensaios clínicos estão sendo conduzidos em pacientes com glioblastoma multiforme e melanoma, e nós estamos explorando sua possível aplicação no CIT. Nossos resultados demonstram que uma linhagem celular do CIT humano mostra captação seletiva de borofenilalanina (BPA) tanto in vitro como após transplante em camundongos "nude". O tratamento de camundongos com TCNB leva a um controle completo do crescimento tumoral e à cura em 100 por cento dos animais. Além disso, cães com CIT espontâneo também apresentam captação seletiva de BPA. No momento, estamos estudando a biodistribuição de BPA em pacientes com CIT, antes de sua aplicação em humanos.

Tratamiento del cáncer por captura neutrónica de boro: su aplicación al carcinoma indiferenciado de tiroides / Boron neutron capture therapy applied to undifferentiated thyroid carcinoma

El cáncer indiferenciado de tiroides es un tumor muy agresivo, de muy mal pronóstico y sin tratamiento efectivo. La terapia por captura neutrónica de boro (BNCT) podría ser una alternativa para el tratamiento de esta enfermedad. Se basa en la captación selectiva de boro por el tumor y su activación por un haz de neutrones. El boro activado libera un núcleo de litio-7 y una partícula alfa, las cuales tienen una alta transmisión linear de energía (linear energy transfer, LET) y un alcance de 5-9 µm, destruyendo el tumor. En estudios previos hemos mostrado que la línea celular humana de cáncer indiferenciado de tiroides (ARO) tiene una captación selectiva de borofenilalanina (10BPA) tanto in vitro como después de ser implantada en ratones NIH nude. También demostramos en estos animales inyectados con BPA e irradiados con un haz de neutrones térmicos, un 100% de control sobre el crecimiento tumoral y un 50% de cura histológica. En trabajos posteriores mostramos que la porfirina 10BOPP tetrakis-carborane carboxylate ester de 2,4-bis-(a,b-dihydroxyethyl)-deutero-porphyrin IX) cuando es inyectada 5-7 días antes que el BPA se obtiene una concentración tumoral de boro de aproximadamente el doble que el BPA solo (45-38 ppm vs. 20 ppm). La posterior irradiación con neutrones mostró un 100% de remisión completa en animales con tumores cuyo volumen pre-tratamiento era de 50 mm3 o menor. Los perros padecen CIT espontáneo, con un comportamiento biológico similar al humano, y una captación selectiva de BPA, abriendo la posibilidad de su tratamiento por BNCT

Undifferentiated thyroid carcinoma (UTC) is an aggressive tumor with a poor prognosis due to the lack of an effective treatment. Boron neutron capture therapy (BNCT) is based on the selective uptake of boron by the tumor and its activation by a neutron beam, releasing lithium-7 and an alpha particle that will kill the tumor cells by their high linear energy transfer (LET). In previous studies we have shown a selective uptake of borophenylalanine (10BPA) in a human UTC cell line (ARO) and in NIH nude mice implanted with this cell line. When these animals were injected with BPA and irradiated with an appropriated neutron beam, we observed a 100% of tumor growth control and a 50 % of histological cure when the initial tumor volume was 50 mm3 or less. Further studies with BOPP (tetrakis-carborane carboxylate ester of 2,4-bis-(a, b-dihydroxyethyl)-deutero-porphyrin IX) showed that when this porphyrin was injected 5-7 days before BPA, and the animals were sacrificed 60 min after the i.p. injection of BPA, a significant increase in boron uptake by the tumor was found (45-38 ppm with both compounds vs. 20 ppm with BPA alone). The application of BNCT using the combination of boron compounds showed a 100% of complete remission in tumors with initial volumes under 50 mm3. Dogs suffer spontaneous UTC, with a similar biological behavior to the human tumor, and a selective uptake of BPA. These results open the possibility of applying BNCT to UTC

Further studies on iodide uptake autoregulation in calf thyroid slices

La autorregulación tiroídea es mediada por un yodocompuesto orgánico de natureleza desconocida. Trabajos previos de diferentes laboratorios sugieren diversos yodocompuestos como posibles intermediarios, tales como hormonas tiroideas, vodolípidos y una yodoproteína. Recientes estudios propusieron que una yodoproteína estaría iunvolucrada en la autorregulación de la captación de yodo en tiroides de gato. El presente trabajo fue diseñado con el objeto de explorar esta hipótesis en tiroides bovina. La preincubación de cortes de tiroides bovina en presencia de KI 0.01mM produce una inhibición del 36-40% en la captación de I-125 (relación tiroides/medio, T/M). Este efecto no fue modificado por puromicina ni cicloheximida bajo condiciones en las cuales la síntesis proteica fue casi totalmente abolida. Por otra parte, estos dos compuestos no son capaces de alterar significativamente el perfil de incorporación de I-125 a los diferentes yodocompuestos tiroideos analizados por cromatografía en papel. Cuando se exploró la reversibilidad del efecto inhibitorio del yodo sobre la captación de I-125, se observó que después de 60 min de interrumpido el tratamiento con yoduro existió una recuperación parcial, en tanto que a los 90 min se retornó a los valores de captación basales. Estos resultados indican que una yodoproteína no sería el mediador de la autorregulación de yodo, en vaca. Por otra parte el yodocompuesto involucrado tendría una vida media relativamente corta