Combattere i tumori: adroterapia e terapia a cattura di neutroni
Nel primo articolo di questa serie, abbiamo imparato come diagnosticare i tumori e monitorare il loro stato. Grazie alla legge di Einstein, la PET è infatti in grado di fornire immagini che adempiono a tale scopo.
Nello scorso articolo, invece, abbiamo analizzato come i tumori possono essere curati. In particolare, ci siamo soffermati su due tecniche principali: chemioterapia e radioterapia.
In questo articolo, approfondiremo il tema della radioterapia, presentandone una versione più evoluta, nota come adroterapia. Tra le varie tipologie di adroterapia, alcune sono già in uso quotidianamente; altre, invece, sono sperimentali e ancora attualmente in fase di ricerca.
Adroterapia
Come imparato nello scorso articolo, la radioterapia è una terapia anti-tumorale localizzata che si basa sull’utilizzo di radiazioni (raggi X). Gli stessi raggi X utilizzati per vedere l’interno del corpo, come nel caso delle radiografie delle ossa rotte, vengono utilizzati ad alte dosi, nella radioterapia, per distruggere le cellule tumorali.
Una più evoluta forma di terapia, si definisce adroterapia, o terapia adronica.
La differenza tra radioterapia e adroterapia sta nel fatto che, al posto dei raggi X, vengono utilizzate particelle cariche. Le particelle utilizzate, protoni o ioni carbonio, vengono definite in gergo “adroni”, da cui il nome della terapia.
I protoni o gli ioni carbonio utilizzati vengono prodotti da un acceleratore di particelle. Tra questi, possono essere utilizzati acceleratori lineari (LINAC, dall’inglese LINear Accelerators), sincrotroni, o ciclotroni.
Questi dispositivi accelerano gli adroni a velocità molto elevate, vicine a quella della luce. Al raggiungimento della velocità desiderata, corrispondente ad un certo valore di energia, le particelle vengono estratte dall’acceleratore e sparate con precisione verso il tumore.
Quali siano i principali vantaggi, e quali gli svantaggi, dell’adroterapia, rispetto alla radioterapia convenzionale con raggi X?
Vantaggi dell’adroterapia
Il primo vantaggio dell’adroterpia riguarda la precisione del trattamento, che in questo caso è estremamente localizzato e selettivo. Infatti, le particelle cariche possono concentrare la loro massima dose di radiazione in una zona specifica chiamata “picco di Bragg“. Questo consente di dirigere la massima potenza nel cuore del tumore, riducendo al minimo il danno ai tessuti sani circostanti.
Questa precisione è particolarmente utile nel trattare tumori con contorni complessi, o posizionati vicino a organi vitali.
Un secondo vantaggio, strettamente collegato con il primo, è la capacità di trattare tumori in profondità con maggiore efficacia. Infatti, le particelle cariche possono essere trattate in modo da bersagliare il tumore presente sottopelle, in profondità, salvaguardando le cellule che incontrano a profondità inferiori.
La ridotta esposizione dei tessuti superficiali alla radiazione contribuisce a limitare gli effetti collaterali.
I primi due vantaggi possono essere riassunti nel seguente grafico.
Il grafico mostra la dose rilasciata a diversi livelli di profondità. Le diverse curve fanno riferimento a diverse terapie. Il picco mostrato dalla curva rossa è noto come “picco di Bragg”. Fonte
Sull’asse orizzontale è mostrata la profondità all’interno dei tessuti. Andando da sinistra a destra, ci muoviamo dalla superficie della pelle verso zone più profonde del nostro organismo. Sull’asse verticale è mostrata la dose rilasciata. Andando verso l’alto, una maggiore quantità di dose è assorbita dal nostro organismo. La curva verde fa riferimento alla radioterapia classica con raggi X, di cui abbiamo parlato nello scorso articolo. La curva rossa, invece, fa riferimento all’adroterapia con protoni.
Dal grafico, è possibile notare come, nel caso in cui occorra trattare un tumore che si trova ad una profondità di circa 15 centimetri nel corpo, l’adroterapia risulti molto più efficace. Infatti, trattando con i raggi X (curva verde), viene rilasciata una dose molto elevata anche nei tessuti a profondità inferiore, che sono tessuti sani. L’utilizzo dell’adroterapia permette invece di avere una dose elevata esattamente in corrispondenza della profondità a cui si trova il tumore, salvaguardando i tessuti sani che si trovano a profondità inferiori.
Un ultimo importante vantaggio è la maggiore efficacia radiobiologica (RBE, RadioBiological Effectiveness) degli adroni rispetto ai raggi X.
La RBE indica la capacità di una forma di radiazione di causare danni alle cellule tumorali. Le particelle cariche utilizzate nell’adroterapia hanno un RBE maggiore rispetto ai raggi X. Questo significa che tali particelle possono infliggere danni più significativi alle cellule cancerogene con una minore dose di radiazione. Questo rende l’adroterapia più efficace nel trattare il tumore, limitando al contempo gli effetti collaterali sui tessuti sani.
Svantaggi dell’adroterapia
I principali svantaggi dell’adrotepia consistono nel maggiore costo e nella maggiore complessità del trattamento.
La principali cause di questo svantaggio sono la complessità e costo degli acceleratori di particelle necessari per generare particelle cariche come protoni e ioni carbonio. Questi dispositivi richiedono infrastrutture specializzate e sono più costosi rispetto agli apparati utilizzati nella radioterapia tradizionale.
Si pensi ad esempio che, in Italia, esistono soltanto quattro centri in cui è possibile effettuare un trattamento di adroterpia. Questi sono il Centro Nazionale di Adroterapia Oncologica (CNAO) di Pavia, l’istituto europeo di oncologia di Milano, l’Azienda Provinciale per i Servizi Sanitari di Trento (APSS), e i Laboratori Nazionali del Sud (LNS) di Catania.
Tra questi, solo il CNAO di Pavia è in grado di effettuare un trattamento sia con protoni sia con ioni carbonio; tutti gli altri si limitano, invece, ad effettuare trattamenti con protoni.
Terapia per la cattura neutronica del boro
Può essere fatta rientrare nell’ambito dell’adroterapia, anche se il funzionamento è leggermente diverso, anche la terapia per la cattura neutronica del boro (BNCT, Boron Neutron Capture Therapy).
A differenza dell’adroterapia con protoni e ioni carbonio, questo trattamento è, ad oggi, prevalentemente sperimentale.
Il trattamento si basa su una reazione nucleare che avviene tra i neutroni, che sono particelle con carica elettrica netta pari a zero, e alcuni atomi di boro, che è un elemento chimico. Tale reazione libera energia che è in grado di uccidere le cellule tumorali.
All’inizio del trattamento, il paziente assume un farmaco contenente boro-10, un particolare isotopo del boro. Essendo le cellule tumorali molto più attive rispetto a quelle sane, esse accumulano una quantità maggiore di boro. Dopo un certo periodo di tempo dall’assunzione, quindi, gli atomi di boro si saranno concentrati principalmente nelle cellule tumorali, mentre soltanto una piccola quantità di boro sarà presente nelle cellule sane.
A questo punto, un flusso di neutroni viene sparato verso il paziente. Questi neutroni, una volta entrati nel corpo del paziente, vengono catturati dal boro (da qui il nome della terapia) e vanno incontro alla reazione nucleare sopra descritta, che libera energia. Siccome il boro, come detto, si trova principalmente in corrispondenza delle cellule tumorali, è proprio lì che avvengono le reazioni che liberano energia in grado di uccidere le cellule.
Vantaggi e svantaggi della BNCT
La BNCT è ideale per trattare tumori che presentano numerose metastasi, e per tumori specifici come i tumori della pelle e i tumori localizzati nella zona testa-collo. Il principale vantaggio di questa tecnica rispetto all’adroterapia, infatti, è la grande selettività del boro: concentrandosi solo nelle cellule tumorali di tutto il corpo, è possibile sparare i neutroni in una zona piuttosto diffusa del corpo, senza però danneggiare le cellule sane che si trovino in quella zona.
In presenza di un tumore con molte metastasi, quindi, i neutroni potrebbero idealmente essere sparati colpendo l’intero corpo del paziente.
Non sono i neutroni, ma la presenza di boro, infatti, a far sì che solo le cellule tumorali vengano uccise, salvaguardarndo quelle sane.
Utilizzando l’adroterapia, invece, occorrerebbe indirizzare il fascio di protoni o ioni carbonio con precisione verso le singole metastasi, rendendo il trattamento molto più lungo e complesso.
Il principale svantaggio della BNCT riguarda la sfida pratica legata alla produzione e all’utilizzo di neutroni necessari per il trattamento. La produzione di neutroni può essere complessa e richiede l’uso di reattori nucleari. La complessità dei reattori e i rischi associati alla gestione di materiali radioattivi, però, possono rendere questa opzione impraticabile in molti contesti clinici.
Negli ultimissimi anni, è stata studiata la possibilità di produrre neutroni utilizzando acceleratori di particelle simili a quelli utilizzati per la produzione di protoni e ioni carbonio per l’adroterpia. Il CNAO di Pavia, infatti, ha in programma l’installazione di un acceleratore che sarà in grado di produrre i neutroni necessari, eventualmente, per effettuare trattamenti di BNCT. Grazie ai progressi della scienza, quindi, anche questa terapia potrebbe essere presto disponibile per combattere i tumori.
Fonti
Articoli della serie sui tumori
- Einstein aiuta la diagnosi dei tumori: la fisica della PET
- Combattere i tumori: chemioterapia e radioterapia
- Combattere i tumori: Adroterapia e terapia a cattura di neutroni
Studente magistrale di Ingegneria Biomedica al Politecnico di Milano, scrivo principalmente articoli sulle interazioni tra il mondo dell’ingegneria e quello della medicina. Appassionato di sport, elettronica, IoT e sue applicazioni domotiche.
