Strålbehandling är en av de viktigaste terapeutiska metoderna för behandling av cancer, och mer än 50 % av de onkologiska patienterna behandlas med denna form av terapi. Den lyckas utrota tumörer hos många patienter samtidigt som de vitala funktionerna hos de närliggande friska organen bevaras. Det är dock fortfarande nödvändigt att öka behandlingsframgången och försök att förbättra (kemo-)strålbehandlingen görs kontinuerligt genom tvärvetenskapliga projekt.
I den virtuella verklighetens era är simulering av strålningens effekt på celler, vävnader och tumörer ett naturligt steg framåt i utvecklingen av strålbehandlingen för att bättre förstå de biologiska och fysikaliska faktorernas inverkan på strålningsreaktionen. De senaste framstegen inom medicinsk strålningsfysik, cellulär och molekylär tumörbiologi och beräkningssimulering har gett information och verktyg för systembiologiska metoder för strålbehandling av cancer. Modeller med olika grad av noggrannhet har föreslagits för att beskriva komplexiteten hos cancerceller och tumörer och det radiobiologiska resultatet av strålningens interaktion med dessa komplexa system. Det finns dock ännu inga exakta och mångsidiga modeller för tumörer och tumörernas respons på strålning med avseende på relevanta egenskaper för strålbehandling och kemoradioterapi.

Intresset för partikelterapi har dessutom ökat under de senaste åren på grund av deras potentiella fördelar när det gäller doskonformation till målet och den ökade relativa biologiska effektiviteten (RBE). Ett ökande antal kliniska centra är i drift över hela världen eller håller på att byggas upp för att undersöka den kliniska potentialen hos partikelterapi vid behandling av cancer. Ett av dessa centra är Skandionkliniken, det nationella protoncentret som drivs av de sju universitetssjukhusen i Sverige. Den befintliga kliniska kunskapsdatabasen om effektiviteten hos protoner och joner som är tyngre än protoner är mycket liten i jämförelse med fotondatabasen och kan därför endast användas för ett preliminärt urval baserat på genomsnittlig förväntad respons. Däremot är den prekliniska kunskapen om ett brett spektrum av faktorer som påverkar protonernas och jonernas effektivitet mycket större och detta skulle kunna användas i en systembiologisk metod för att undersöka effektiviteten av partikelstrålbehandling.

Det övergripande målet med detta projekt är att utveckla en in silico testbädd för simulering av resultatet av strålbehandling med fotoner, protoner eller tyngre joner som skulle göra det möjligt att undersöka hur olika biologiska och fysikaliska faktorer påverkar tumörresponsen.

De specifika målen för detta forskningsprojekt är följande:
- Att utveckla in silico-tumörer med avseende på tumörens mikroenviroment, inneboende strålningskänslighet och täthet av klonogena celler.
- Att integrera de simulerade in silico-tumörerna i en forskningsversion av ett behandlingsplaneringssystem och simulera effekten av foton-, proton- och jonstrålbehandling.
- Att fastställa den relativa kliniska effektiviteten hos protoner och tyngre joner än protoner och identifiera de viktigaste faktorerna som påverkar behandlingsresultatet.