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Radioterapia: cos’è e come ha rivoluzionato la medicina oncologica

Come evolve la radioterapia nel corso degli anni: dalla convenzionale alla radioterapia flash.

Close-up Engineering

AUTORE: Mario Liuzzo

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PUBBLICATO IL: 18 Luglio 2023

BiomedicalEn / Medicina

La radioterapia ha lo scopo di far andare su un volume bersaglio una certa quantità di radiazione ionizzante sufficiente ad eradicare un tumore. Questo deve avvenire eliminando ogni cellula del tessuto bersaglio che abbia capacità di riprodursi risparmiando il più possibile i tessuti sani circostanti (che hanno una capacità di ripresa maggiore di quella dei tessuti malati). È necessario quindi tener conto della  risposta biologica dei vari tessuti.

La risposta biologica dei tessuti sottoposti a radioterapia

Effetti della radioterapia sulle molecole di DNA

Si hanno differenti fasi del danno biologico:

  1. Fase fisica: eccitazione e ionizzazione di singoli atomi e molecole, con possibile rottura delle seconde
  2. Fase chimica: radiolisi dell’acqua con formazione di radicali liberi che possono danneggiare il DNA.
  3. Fase biologicaeffetti letali e subletali, su cellule e interi tessuti o organi che lo riversano sulle loro cellule.

Il bersaglio ultimo delle radiazioni ionizzanti è quindi il DNA che può essere colpito direttamente o indirettamente. Le rotture del DNA possono essere di vari tipi: rottura singola o doppia. L’azione indiretta comincia con l’interazione con molecole di acqua che trasmettono il danno tramite radicali liberi. L’azione diretta, invece, provoca direttamente la modifica strutturale chimica della molecola del DNA, mentre l’azione indiretta passa attraverso la fase chimica. Una volta che il DNA è stato danneggiato la cellula può riprendere la sua normale attività; può andare incontro ad una riparazione erronea (errori di codifica); la cellula muore dopo alcune divisioni o muore senza dividersi per anticipata morte cellulare programmata.

Excursus storico sull’esposizione umana

Da sempre l’uomo, vivendo sulla Terra, è esposto alle radiazioni: radion, tufo, raggi cosmici, ecc. Cosa sarebbe successo se non fossimo continuamente esposti a piccole quantità di radiazioni non è dato saperlo (vita media di 150 anni? Chissà…). Quindi studiare l’effetto di piccole quantità di radiazione con determinate caratteristiche temporali è difficile, ed è soprattutto difficile stabilire se esiste una soglia sotto la quale non vi sono conseguenze.

Per la radioterapia si sono fatti studi in vitro sulle capacità di ripristino e di conservazione delle capacità clonogeniche di vari tipi di cellule, si sono fatti studi a posteriori sulla popolazione colpita più o meno incidentalmente da elevate dosi (popolazione giapponese irraggiata nella seconda guerra mondiale, esplosioni test nel pacifico degli anni ’50, incidenti nucleari…). I dati in nostro possesso non sono molti, sia perché la scoperta della radioattività è recente (100 anni), sia perché ancora più recenti sono gli studi sugli effetti radiobiologici, infatti nei primi tempi nessuno ha pensato che le radiazioni ionizzanti fossero pericolose.

Alta esposizione di radiazioni, eventi atomici

La radioterapia convenzionale

I metodi tradizionali di radioterapia prevedono l’uso della radiazione prodotta con acceleratori lineari, presenti in tutti gli ospedali. I LINAC producono elettroni accelerati e se invece servono i fotoni si sfrutta l’effetto di Bremsstrahulung. C’è stata tutta una evoluzione tecnologica che ha permesso di curare tumori anche in profondità: radioterapia con fotoni tradizionale, conformazionale, conformazionale con modulazione in intensità. Con il LINAC si producono fotoni da 4 a 25 MeV e elettroni da 4 a 30 MeV. Nella tradizionale l’operatore irraggia grandi volumi dove ci sono tessuti sani e il fatto che al volume deve andarci tra il 95 e il 107% della dose è condizionato da non poter irraggiare più di tanto i tessuti sani.

La radioterapia conformazione e IMRT

Nella radioterapia conformazionale vengono conformati i campi sulla base del volume bersaglio. Con la conformazionale riesco a coprire un’ampia fascia di applicazioni, grazie alla possibilità di allargare, stringere, spostare il piano dei fasci e farne un maggior numero. Il problema è quando c’è una concavità nel volume bersaglio e dentro la concavità c’è un organo a rischio, come il midollo. Per quanto conformo i campi, l’organo può cadere nell’intersezione.

Negli IMRT, oltre alla conformazione geometrica modulo l’intensità. Faccio un campo invece che uniforme, disuniforme spazialmente (e ne posso fare più di uno). Nelle direzioni lungo cui non incontro l’organo a rischio do un’intensità maggiore , nelle direzioni lungo cui incontro l’organo a rischio do un’intensità minore. Per conformare la dose si usano filtri e collimatori con lamelle di piombo che si possono alzare e abbassare per dare al campo la forma voluta.

L’adroterapia

Ciclotrone per adroterapia

Nella radioterapia con particelle cariche o adroterapia si usano protoni o ioni carbonio dove il picco di Bragg è sfruttabile nei trattamenti in profondità. Gli ioni vengono accelerati prima mediante un ciclotrone o di un sincrotrone. L’energia finale del fascio di particelle emergente definisce la profondità di penetrazione, e quindi, la posizione in cui verrà deposta la dose massima. In Italia il primo centro è stato a Catania (CATANA), ed altri a Pavia (CNAO) e Trento (ELETTRA).

Il futuro della radioterapia

Il futuro della radioterapia è rappresentato dalla Radioterapia Flash che sfrutta l’effetto Flash. La sua efficacia è stata evidenziata in studi su animali e recentemente oggetto di pianificazione dei primi trial clinici. Questa tecnica consiste in una sostanziale riduzione del danno radiobiologico a carico dei tessuti sani a parità di efficacia nel controllo della patologia tumorale, erogando una dose di radiazione elevata in tempi molto brevi, oltre 400 volte superiori a quelli tipici della Radioterapia convenzionale. Le prospettive di un’implementazione clinica della Radioterapia Flash sono particolarmente rilevanti: una maggiore efficacia nel trattamento di tumori radioresistenti (potendo incrementare la dose) e di tumori localmente avanzati (potendo aumentare il volume irradiato), una riduzione dei rischi di danno in ritrattamenti radioterapici.

FONTI VERIFICATE:

  • Appunti del corso di Fisica Medica dell'Università di Pisa

AUTORE

Mario Liuzzo

Laureato in Fisica presso l'Università di Pisa, e studente magistrale in Fisica Medica presso lo stesso ateneo. Mi interesso di scienza e in particolare delle applicazioni della fisica in ambito medico e non solo.

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