Luigi Tomio

Evidence for a major role of plasma lipoproteins as hematoporphyrin carriers in vivo.

Hematoporphyrin (5 mg/ml), administered intravenously to tumor-bearing patients, becomes associated with different serum proteins, including lipoproteins (mainly HDL), globulin and albumin. No residual porphyrin is bound to the two latter classes of proteins after 48 h, whereas the complexation with the lipoproteins appears to be particularly stable probably owing to the hydrophobic nature of hematoporphyrin. The late persistence of hematoporphyrin in serum is due to the binding to the VLDL fraction with special regard to its cholesterol moiety. The importance of hematoporphyrin transport by lipoproteins for the photodynamic therapy of tumors is briefly discussed.

Controlled targeting of different subcellular sites by porphyrins in tumour-bearing mice.

Unilamellar liposomes of dipalmitoyl-phosphatidylcholine can incorporate various porphyrins in either the phospholipid bilayer or the internal aqueous compartment depending on the water-/lipo-solubility of the drug. Intraperitoneal injection of the liposome-bound porphyrins to mice bearing a MS-2 fibrosarcoma results in remarkably more efficient tumour targeting than that obtained by administration of the same porphyrins dissolved in homogeneous aqueous solution. Moreover, also water-insoluble porphyrins can be transported to the tumour via liposomes. Fractionation of liver and neoplastic cells indicates that the subcellular distribution of liposome-delivered porphyrins is also dependent on their solubility properties: thus, relatively polar porphyrins, such as tetra(4-sulfonatophenyl)porphine and uroporphyrin, are mainly recovered from the soluble fraction, whereas hydrophobic porphyrins, such as haematoporphyrin or porphyrin esters, preferentially partition in the cytoplasmic membrane. As a consequence, different subcellular sites can be targeted by porphyrins and possibly photodamaged through a suitable choice of the drug-carrier system.

Preferential delivery of liposome-incorporated porphyrins to neoplastic cells in tumour-bearing rats.

Preferential delivery of liposome-incorporated porphyrins to neoplastic cells in tumour-bearing rats

Full-dose intraoperative radiotherapy with electrons in breast cancer : First report on late toxicity and cosmetic results from a single-institution experience

Purpose:To investigate the feasibility of applying exclusive intraoperative radiation therapy (IORT) after conservative surgery in limited-stage breast carcinoma and to evaluate late effects and cosmetic results after this new conservative treatment.Patients and Methods:From October 2000 to November 2002, 47 consecutive patients with unifocal breast carcinoma up to a diameter of 2 cm received conservative surgery followed by IORT with electrons as the sole adjuvant local therapy. Three different dose levels were used: 20 Gy (seven patients), 22 Gy (20 patients), and 24 Gy (20 patients). Patients were evaluated using RTOG/EORTC scale to assess the incidence of late complications. During follow-up, a radiologic assessment with mammography and sonography was periodically performed and any breast-imaging alterations were reported.Results:After a follow-up ranging from 36 to 63 months (median, 48 months), 15 patients developed breast fibrosis (grade 2 in 14 patients, grade 3 in one patient), two patients presented with grade 3 skin changes, one patient developed a clinically relevant fat necrosis, and one patient showed breast edema and pain. Two patients developed contralateral breast cancer and one distant metastases; no local relapses occurred. Asymptomatic findings of fat necrosis were observed at mammography in twelve patients (25.5%), while an hypoechoic area was revealed by sonography in ten patients (21.5%). In four patients (8%), mammographic and sonographic findings suggested malignant lesions and required a rebiopsy to confirm the benign nature of the lesion.Conclusion:IORT in breast carcinoma is still an experimental treatment option for select patients with breast cancer and its application should be restricted to prospective trials. Although preliminary data on local control are encouraging, a longer follow-up is needed to confirm the efficacy of IORT in breast cancer and to exclude that severe late complications compromise the cosmetic results or modify the radiologic breast appearance during follow-up increasing the need for additional investigations.Ziel:Untersuchung der Durchführbarkeit einer alleinigen intraoperativen Strahlentherapie (IORT) nach brusterhaltender Operation bei frühem Mammakarzinom sowie der Spättoxizität und des kosmetischen Ergebnisses dieser neuen konservativen Behandlungsmodalität.Patienten und Methodik:Von Oktober 2000 bis November 2002 erhielten 47 konsekutive Patientinnen mit unifokalem Mammakarzinom bis zu einem Durchmesser von 2 cm eine brusterhaltende Operation und eine anschließende alleinige IORT mit Elektronen. Drei unterschiedliche Dosisstufen wurden untersucht: 20 Gy (sieben Patientinnen), 22 Gy (20 Patientinnen) und 24 Gy (20 Patientinnen). Spätnebenwirkungen wurden anhand der RTOG/EORTC-Skala klassifiziert. Im Rahmen einer regelmäßigen Nachsorge wurden die Brustmorphologie in Mammographie und Ultraschall beurteilt und die Inzidenz von bildgebend festgestellten Brustveränderungen analysiert.Ergebnisse:Nach einem Untersuchungszeitraum von 36 bis 63 Monaten (median 48 Monate) entwickelten 15 Patientinnen in der mit alleiniger IORT behandelten Gruppe eine Brustfibrose (Grad 2 bei 14 Patientinnen, Grad 3 bei einer Patientin). Bei zwei Patientinnen traten Hautveränderungen Grad 3 auf, und bei einer Patientin wurde eine klinisch relevante Fettnekrose mit schmerzhaftem Brustödem beobachtet. Bei zwei Patientinnen wurde im Verlauf ein kontralaterales Mammakarzinom diagnostiziert, und eine Patientin entwickelte Fernmetastasen. Lokalrezidive wurden bisher nicht beobachtet. Asymptomatische Fettnekrosen wurden in der Mammographie bei zwölf Patientinnen (25,5%) diagnostiziert, während bei zehn Patientinnen (21,5% hypoechogene Bezirke in der Sonographie auffielen. Bei vier Patientinnen (8%) suggerierten mammographische und sonographische Untersuchung eine maligne Läsion und erforderten eine Biopsie, die die Benignität der Veränderungen bestätigte.Schlussfolgerung:Die IORT beim Mammakarzinom ist eine experimentelle Therapieoption für ausgewählte Patientinnen und sollte zum gegenwärtigen Zeitpunkt auf kontrollierte Studien beschränkt werden. Obwohl die vorläufigen Daten zur lokalen Kontrolle nach alleiniger IORT ermutigend sind, ist eine längere Nachbeobachtungszeit nötig, um die Effektivität beim Mammakarzinom zu bestätigen und um ausgeprägte, das kosmetische Ergebnis beeinträchtigende Spätfolgen auszuschließen. Außerdem gilt es, Veränderungen hinsichtlich der bildgebenden Charakteristika der Brust zu untersuchen, die die Nachsorge erschweren und zusätzliche Untersuchungen erfordern könnten.

Full-Dose Intraoperative Radiotherapy with Electrons in Breast Cancer

Purpose:To investigate the feasibility of applying exclusive intraoperative radiation therapy (IORT) after conservative surgery in limited-stage breast carcinoma and to evaluate late effects and cosmetic results after this new conservative treatment.Patients and Methods:From October 2000 to November 2002, 47 consecutive patients with unifocal breast carcinoma up to a diameter of 2 cm received conservative surgery followed by IORT with electrons as the sole adjuvant local therapy. Three different dose levels were used: 20 Gy (seven patients), 22 Gy (20 patients), and 24 Gy (20 patients). Patients were evaluated using RTOG/EORTC scale to assess the incidence of late complications. During follow-up, a radiologic assessment with mammography and sonography was periodically performed and any breast-imaging alterations were reported.Results:After a follow-up ranging from 36 to 63 months (median, 48 months), 15 patients developed breast fibrosis (grade 2 in 14 patients, grade 3 in one patient), two patients presented with grade 3 skin changes, one patient developed a clinically relevant fat necrosis, and one patient showed breast edema and pain. Two patients developed contralateral breast cancer and one distant metastases; no local relapses occurred. Asymptomatic findings of fat necrosis were observed at mammography in twelve patients (25.5%), while an hypoechoic area was revealed by sonography in ten patients (21.5%). In four patients (8%), mammographic and sonographic findings suggested malignant lesions and required a rebiopsy to confirm the benign nature of the lesion.Conclusion:IORT in breast carcinoma is still an experimental treatment option for select patients with breast cancer and its application should be restricted to prospective trials. Although preliminary data on local control are encouraging, a longer follow-up is needed to confirm the efficacy of IORT in breast cancer and to exclude that severe late complications compromise the cosmetic results or modify the radiologic breast appearance during follow-up increasing the need for additional investigations.Ziel:Untersuchung der Durchführbarkeit einer alleinigen intraoperativen Strahlentherapie (IORT) nach brusterhaltender Operation bei frühem Mammakarzinom sowie der Spättoxizität und des kosmetischen Ergebnisses dieser neuen konservativen Behandlungsmodalität.Patienten und Methodik:Von Oktober 2000 bis November 2002 erhielten 47 konsekutive Patientinnen mit unifokalem Mammakarzinom bis zu einem Durchmesser von 2 cm eine brusterhaltende Operation und eine anschließende alleinige IORT mit Elektronen. Drei unterschiedliche Dosisstufen wurden untersucht: 20 Gy (sieben Patientinnen), 22 Gy (20 Patientinnen) und 24 Gy (20 Patientinnen). Spätnebenwirkungen wurden anhand der RTOG/EORTC-Skala klassifiziert. Im Rahmen einer regelmäßigen Nachsorge wurden die Brustmorphologie in Mammographie und Ultraschall beurteilt und die Inzidenz von bildgebend festgestellten Brustveränderungen analysiert.Ergebnisse:Nach einem Untersuchungszeitraum von 36 bis 63 Monaten (median 48 Monate) entwickelten 15 Patientinnen in der mit alleiniger IORT behandelten Gruppe eine Brustfibrose (Grad 2 bei 14 Patientinnen, Grad 3 bei einer Patientin). Bei zwei Patientinnen traten Hautveränderungen Grad 3 auf, und bei einer Patientin wurde eine klinisch relevante Fettnekrose mit schmerzhaftem Brustödem beobachtet. Bei zwei Patientinnen wurde im Verlauf ein kontralaterales Mammakarzinom diagnostiziert, und eine Patientin entwickelte Fernmetastasen. Lokalrezidive wurden bisher nicht beobachtet. Asymptomatische Fettnekrosen wurden in der Mammographie bei zwölf Patientinnen (25,5%) diagnostiziert, während bei zehn Patientinnen (21,5% hypoechogene Bezirke in der Sonographie auffielen. Bei vier Patientinnen (8%) suggerierten mammographische und sonographische Untersuchung eine maligne Läsion und erforderten eine Biopsie, die die Benignität der Veränderungen bestätigte.Schlussfolgerung:Die IORT beim Mammakarzinom ist eine experimentelle Therapieoption für ausgewählte Patientinnen und sollte zum gegenwärtigen Zeitpunkt auf kontrollierte Studien beschränkt werden. Obwohl die vorläufigen Daten zur lokalen Kontrolle nach alleiniger IORT ermutigend sind, ist eine längere Nachbeobachtungszeit nötig, um die Effektivität beim Mammakarzinom zu bestätigen und um ausgeprägte, das kosmetische Ergebnis beeinträchtigende Spätfolgen auszuschließen. Außerdem gilt es, Veränderungen hinsichtlich der bildgebenden Charakteristika der Brust zu untersuchen, die die Nachsorge erschweren und zusätzliche Untersuchungen erfordern könnten.

Phase I study of gemcitabine and radiotherapy plus cisplatin after transurethral resection as conservative treatment for infiltrating bladder cancer

PURPOSE Although the use of radical transurethral resection followed by concurrent radiochemotherapy leads to a similar survival rate to that achieved after cystectomy, the number of long-term survivors is low in both cases. An improvement may be obtained by adding a new drug, such as gemcitabine, which is active in bladder cancer and acts as a radiosensitizer. However, because gemcitabine may be very toxic when associated with radiotherapy, we designed this dose-finding study in an attempt to find the dose that can be safely added to radiotherapy and concurrent cisplatin in patients treated with transurethral resection for infiltrating bladder cancer. PATIENTS AND METHODS After undergoing macroscopically complete transurethral resections for transitional carcinoma of the bladder, patients staged pT2 or higher and without distant metastases concurrently received 54 Gy of fractionated radiotherapy over 6 weeks with cisplatin (100 mg/m(2) q.3 w), starting on Day 1 of radiotherapy. Concomitant gemcitabine was administered on Days 1, 8, and 15 q.3 w for 2 cycles at a dose of 200 mg/m(2), escalated to 500 mg/m(2), with a 100 mg/m(2) increase at each dose level. The maximum tolerated dose was defined as the dose of gemcitabine associated with dose-limiting toxic effects (febrile neutropenia, Grade 4 thrombocytopenia, Grade 3 or 4 enteric toxicity, or Grade 4 nonhematologic toxicity) in 33% of the patients treated at that dose level. Six to 8 weeks after completing the therapy, the patients underwent cystoscopic reevaluation with multiple biopsies of the initial tumor site. RESULTS Of our consecutive series of 16 patients, 5 received a gemcitabine dose of 200 mg/m(2)/week, 3 a dose of 300 mg/m(2)/week, 3 a dose of 400 mg/m(2)/week, and 5 a dose of 500 mg/m(2)/week for 6 weeks. No dose-limiting toxicity was observed at doses of up to 400 mg/m(2)/week. At the dose 500 mg/m(2)/week, 1 patient experienced an intestinal perforation that recovered after surgery, and another suddenly died after developing Grade 3 untreated diarrhea in the last treatment week. All of the 15 evaluable patients were microscopically disease free at the cystoscopic reevaluation; furthermore, the posttreatment computed tomography scans did not reveal any distant metastases. CONCLUSIONS After transurethral resection for the conservative treatment of infiltrating bladder cancer, gemcitabine doses of up to 400 mg/m(2)/week seem to be safe in combination with cisplatin and radiotherapy in organ-sparing management. On the basis of the promising results of this Phase I study, we are currently conducting a Phase II trial to verify the possible improvement in local control resulting from the addition of gemcitabine.

Distribution of endogenous and injected porphyrins at the subcellular level in rat hepatocytes and in ascites hepatoma.

Different doses (0.5-20 mg/kg) of hematoporphyrin (HP) have been injected intraperitoneally into normal rats and rats affected by Yoshida ascites hepatoma. About 80% of HP reaching the liver was recovered in the extracellular compartment after liver perfusion, the ratio of extra- to intracellular HP being essentially independent of the administered dose. Similar data were obtained at different times after injection of 20 mg/kg HP. Intracellular HP largely accumulates in the mitochondria and in the membrane components of the nuclear fraction of isolated hepatocytes. Kinetic studies suggest that the cell receptors of highest affinity for HP are present in the external membrane. The latter result obtains for ascites hepatoma cells in an even more evident way, although the latter cells exhibit secondary HP binding sites probably constituted by cytoplasmatic proteins. Moreover, the clearance of intracellular HP from malignant cells occurs at a remarkably lower rate as compared with HP clearance from liver cells.

Time dependence of hematoporphyrin distribution in selected tissues of normal rats and in ascites hepatoma.

The distribution of hematoporphyrin was determined in normal rats and in rats bearing ascites hepatoma as a function of time after i.p. injection of 10-20 mg/kg of dye. In both cases, hematoporphyrin displayed a high affinity for the tumor cells. At 20 mg/kg, the maximum difference between the amount of hematoporphyrin accumulated in the tumor and in the liver was obtained at 12 h after injection (tumor/liver ratio = 28). Our results suggest that hematoporphyrin is almost exclusively metabolized in the liver and excreted via the biliary tract, whereas only minor amounts are metabolized in the tumor cells. Moreover, the binding between the porphyrin and tumor cells is competitive with serum protein binding.

Gemcitabine and radiotherapy plus cisplatin after transurethral resection as conservative treatment for infiltrating bladder cancer: Long-term cumulative results of 2 prospective single-institution studies.

Cystectomy is the standard treatment for patients with infiltrating bladder cancer, but conservative treatment with cystoscopic resection followed by radiochemotherapy may be an alternative for highly selected patients. The addition of gemcitabine to cisplatin and radiotherapy may enhance disease control.

Impact of Residual Setup Error on Parotid Gland Dose in Intensity-Modulated Radiation herapy with or without Planning Organ-at-Risk Margin

Purpose:To estimate the dosimetric impact of residual setup errors on parotid sparing in head-and-neck (H&N) intensity-modulated treatments and to evaluate the effect of employing an PRV (planning organ-at-risk volume) margin for the parotid gland.Patients and Methods:Ten patients treated for H&N cancer were considered. A nine-beam intensity-modulated radiotherapy (IMRT) was planned for each patient. A second optimization was performed prescribing dose constraint to the PRV of the parotid gland. Systematic setup errors of 2 mm, 3 mm, and 5 mm were simulated. The dose-volume histograms of the shifted and reference plans were compared with regard to mean parotid gland dose (MPD), normal-tissue complication probability (NTCP), and coverage of the clinical target volume (V95% and equivalent uniform dose [EUD]); the sensitivity of parotid sparing on setup error was evaluated with a probability-based approach.Results:MPD increased by 3.4%/mm and 3.0%/mm for displacements in the craniocaudal and lateral direction and by 0.7%/ mm for displacements in the anterior-posterior direction. The probability to irradiate the parotid with a mean dose > 30 Gy was > 50%, for setup errors in cranial and lateral direction and < 10% in the anterior-posterior direction. The addition of a PRV margin improved parotid sparing, with a relative reduction in NTCP of 14%. The PRV margin compensates for setup errors of 3 mm and 5 mm (MPD ≤ 30 Gy in 87% and 60% of cases), without affecting clinical target volume coverage (V95% and EUD variations < 1% and < 1 Gy).Conclusion:The parotid gland is more sensitive to craniocaudal and lateral displacements. A setup error of 2 mm guarantees an MPD ≤ 30 Gy in most cases, without adding a PRV margin. If greater displacements are expected/accepted, an adequate PRV margin could be used to meet the clinical parotid gland constraint of 30 Gy, without affecting target volume coverage.Ziel:Abschätzung der dosimetrischen Konsequenzen des Positionierungsfehlers auf die Parotisschonung durch IMRT bei Kopf- Hals-Tumoren und Quantifizierung des Effekts der Verwendung eines PRV-(Planning organ at Risk Volume-)Sicherheitsabstands um die Parotis.Patienten und Methodik:Die CT-Datensätze von 10 Patienten mit Kopf-Hals-Tumoren wurden untersucht. Für jeden Patienten wurde ein intensitätsmodulierter Bestrahlungsplan mit neun primären Einstrahlrichtungen generiert. Ein zweiter Plan wurde unter Verwendung eines PRV erzeugt. Für beide Pläne wurden systematische Positionierungsfehler von 2 mm, 3 mm und 5 mm simuliert. Die DVHs der verschobenen und der Referenzpläne wurden hinsichtlich mittlerer Parotisdosis (MPD), Normalgewebskomplikationswahrscheinlichkeit (NTCP) und Dosisabdeckung des klinischen Zielvolumens (Parameter: V95% und EUD) evaluiert. Die Empfindlichkeit der Parotisdosis auf den Positionierungsfehler wurde mit einem probabilistischen Ansatz untersucht.Ergebnisse:Durch Positionierungsfehler erhöht sich die MPD um 3,4%/mm und 3,0%/mm für Verschiebungen in kraniokaudaler und lateraler Richtung sowie um 0,7%/mm für Verschiebungen in anterior-posteriorer Richtung. Die Wahrscheinlichkeit, die Parotis mit einer mittleren Dosis von > 30 Gy zu belasten, war > 50% für Positionierungsfehler in kranialer und lateraler Richtung and < 10% in anterior-posteriorer Richtung. Die Verwendung eines PRV-Sicherheitsabstands verbesserte die Parotisschonung mit einer Verringerung der NTCP um 14%. Der PRV-Sicherheitsabstand kompensiert Positionierungsfehler von 3 mm und 5 mm (MPD ≤ 30 Gy in 87% bzw. 60% der Fälle), ohne relevante Beeinflussung des klinischen Zielvolumens (Variation von V95% und EUD um < 1% bzw. < 1 Gy).Schlussfolgerung:Die Parotisdosis ist sensitiver auf kraniokaudale und laterale Positionierungsfehler als auf anteriorposteriore. Wird der Positionierungsfehler kleiner als 2 mm gehalten, kann eine MPD ≤ 30 Gy meist ohne PRV-Sicherheitsabstand gewährleistet werden. Ist mit größeren Positionierungsfehlern zu rechnen, kann ein PRV-Sicherheitsabstand helfen, die Dosisvorgaben (MPD höchstens 30 Gy) für die Parotis einzuhalten, ohne wesentlich die Zielvolumenabdeckung zu beeinflussen.