Wolfram-silicone implants as effective radiation shielding for ocular brachytherapy: dosimetric features and in vivo animal study on biocompatibility

Abstract

Objective

To evaluate wolfram as a photon and beta absorber in the management of uveal melanoma with radiotherapy, examining its potential ocular adverse effects and physiologic tolerance using an in vivo rabbit ocular model.

Methods

A method of manufacturing implants from mixtures of wolfram and silicone was developed. Their shielding effect on the radiation of sources used in ocular brachytherapy was investigated by dosimetric measurement in an eye phantom as well as numerical simulations. Different wolfram implantation techniques, such as extraocular fixation of a wolfram-silicone implant (n = 1), vitrectomy with silicone oil and intravitreal injection of a wolfram–silicone oil suspension (n = 2), and concurrent attachment of a wolfram implant onto the sclera (n = 2), were tested to investigate the long-term effects of wolfram. A vitrectomy with silicone oil without wolfram implantation was carried out in 2 rabbits (n = 2), constituting the control group. The eyes were enucleated after 3 months for histologic analysis.

Results

Wolfram-silicone mixtures have been dosimetrically proven to be very effective radiation absorbers for use in ocular brachytherapy. Severe complications, such as endophthalmitis, secondary glaucoma, cornea decompensation, and vessel occlusion, were not documented in the tested rabbit eyes after the application of wolfram. Histologic examination of the bulbi after enucleation showed epiretinal gliosis without further pathologic findings in all eyes after vitrectomy.

Conclusions

The results of this study show that wolfram and wolfram-silicone implants constitute a promising candidate as potential radiation shielding substrates.

Objectif

Évaluer l'intérêt du tungstène en tant qu'absorbeur de photons et de rayons bêta dans la radiothérapie du mélanome de l'uvée, et examiner ses effets indésirables oculaires de même que la tolérance physiologique sur un modèle oculaire in vivo de lapin.

Méthodes

Après avoir mis au point une méthode de fabrication d'implants à partir de mélanges de tungstène et de silicone, on a vérifié, par dosimétrie, l'effet de protection de ces implants contre le rayonnement des sources utilisées en curiethérapie dans un modèle oculaire et dans le cadre de simulations numériques. Ont donc été testées différentes techniques d'implantation du tungstène : fixation extraoculaire d'un implant tungstène-silicone (n = 1), vitrectomie comprenant l'insertion d'huile de silicone et l'injection intravitréenne d'une suspension d'huile de tungstène-silicone (n = 2) et fixation simultanée d'un implant de tungstène à la sclère (n = 2), le tout visant à vérifier les effets à long terme du tungstène. Une vitrectomie comprenant l'insertion d'huile de silicone sans implantation de tungstène a été réalisée sur 2 lapins (n = 2), qui représentaient le groupe témoin. Les yeux ont été énucléés après 3 mois en vue d'une analyse histopathologique.

Résultats

La dosimétrie a permis de confirmer que les mélanges tungstène-silicone absorbent très efficacement les rayonnements dans la curiethérapie oculaire. Aucune complication grave – endophtalmie, glaucome secondaire, décompensation cornéenne ou occlusion vasculaire, par exemple – n'a été observée dans les yeux de lapin après l'application du tungstène. L'examen histopathologique des globes oculaires après l’énucléation a mis au jour une gliose épirétinienne sans autre anomalie dans l'ensemble des yeux qui ont fait l'objet d'une vitrectomie.

Conclusions

Les résultats de notre étude démontrent que les implants de tungstène et de tungstène-silicone sont des candidats prometteurs à titre de substrats de protection contre la radiation.