I fasci di ioni radioattivi consentono il trattamento e l’imaging simultanei nella terapia con particelle

Redazione

Settembre 10, 2025 - 20:00

I fasci di ioni radioattivi consentono il trattamento e l’imaging simultanei nella terapia con particelle

Ricercatori in Germania hanno dimostrato il primo trattamento contro il cancro utilizzando un fascio di ioni carbonio radioattivo (¹¹C), su un topo con un tumore osseo vicino alla colonna vertebrale. L’esecuzione della terapia con particelle con fasci di ioni radioattivi consente il trattamento e la visualizzazione simultanei del fascio all’interno del corpo.

La terapia con particelle che utilizza fasci di protoni o ioni pesanti è un trattamento antitumorale altamente efficace, con la favorevole deposizione di profondità-dose – il picco di Bragg – che fornisce un targeting tumorale estremamente conforme.

Questa conformalità, tuttavia, rende la terapia con particelle particolarmente sensibile alle incertezze dell’intervallo, che possono influire sulla posizione del picco di Bragg, cioè la perdita di energia delle radiazioni ionizzanti durante il percorso attraverso la materia.

Un modo per ridurre tali incertezze è utilizzare la tomografia a emissione di positroni (PET) per mappare gli isotopi generati quando il fascio di trattamento interagisce con i tessuti del paziente.

Per la terapia con carbone (¹²C), attualmente eseguito in 17 centri in tutto il mondo, ciò comporta la rilevazione del decadimento beta di ¹⁰C e ¹¹Frammenti di proiettile C.

Sfortunatamente, tali frammenti generano un piccolo segnale PET, mentre la loro massa inferiore sposta il picco di attività misurato lontano dal picco di Bragg.

“L’incertezza dell’intervallo rimane il problema principale della terapia con particelle, poiché non sappiamo esattamente dove si trovi il picco di Bragg”, spiega Marco Durante, responsabile della biofisica presso il GSI Helmholtz Centre for Heavy Ion Research e ricercatore principale del progetto BARB.

“Se ‘miriamo e spariamo’ utilizzando un raggio radioattivo e l’imaging PET, possiamo vedere dove si trova il raggio e quindi correggerlo. In questo modo, possiamo ridurre i margini intorno al bersaglio che rovinano la precisione della terapia con particelle”.

Per testare questa premessa, Durante e colleghi hanno eseguito esperimenti in vivo presso l’acceleratore GSI/FAIR di Darmstadt. Per la verifica della portata online, hanno utilizzato uno scanner PET portatile per piccoli animali costruito da Katia Parodi e dal suo team presso LMU Munich.

Lo scanner, inizialmente progettato per il progetto SIRMIO (Small-animal proton irradiator for research in molecular image-guided radiation-oncology), contiene 56 rivelatori di profondità di interazione, basati su blocchi scintillatori di cristalli di LYSO pixelati, disposti sfericamente con un diametro interno di 72 mm.

Ricercatori LMU con scanner PET per piccoli animali — **Ricercatori LMU** Membri del team LMU coinvolti nel progetto BARB (da sinistra a destra: Peter Thirolf, Giulio Lovatti, Angelica Noto, Francesco Evangelista, Munetaka Nitta e Katia Parodi) con lo scanner PET per piccoli animali. (Per gentile concessione: Katia Parodi/Francesco Evangelista, LMU)

«Non solo il nostro scanner PET sferico in-beam offre una sensibilità e una risoluzione spaziale senza precedenti, ma consente anche il monitoraggio al volo dell’impianto di attività per un feedback diretto durante l’irradiazione», afferma Parodi, co-ricercatore principale del progetto BARB.

I ricercatori hanno utilizzato un ¹¹Fascio di ioni C – prodotto presso il separatore di frammenti GSI – per il trattamento di 32 topi con un tumore dell’osteosarcoma impiantato nel collo vicino al midollo spinale.

Per comprendere l’intero volume target, hanno impiegato un modulatore di portata per produrre un picco di Bragg allargato (SOBP) e un collare compensatore in plastica, che serviva anche per posizionare e immobilizzare i topi.

Gli animali anestetizzati sono stati posizionati verticalmente all’interno dello scanner PET e trattati con 20 o 5 Gy a una dose di circa 1 Gy/min.

Per ogni irradiazione, il team ha confrontato l’attività misurata con l’attività simulata a Monte Carlo sulla base di scansioni microCT pre-trattamento.

Le distribuzioni dell’attività sono state spostate di circa 1 mm, attribuite a cambiamenti anatomici tra le scansioni (con i topi posizionati orizzontalmente) e l’irradiazione (posizionamento verticale).

Dopo aver tenuto conto di questo spostamento anatomico, la simulazione ha abbinato accuratamente l’attività misurata.

“I nostri risultati rafforzano la necessità della pianificazione CT verticale ed evidenziano il potenziale della PET online come strumento prezioso per la terapia con particelle verticali”, scrivono i ricercatori.

Con il tumore così vicino alla colonna vertebrale, anche piccole incertezze di distanza rischiano di danneggiare il midollo spinale, quindi il team ha utilizzato le immagini PET online generate durante l’irradiazione per verificare che il SOPB non coprisse la colonna vertebrale.

Anche se questo non è stato visto in nessuno degli animali, Durante osserva che se lo avesse fatto, il fascio potrebbe essere spostato per consentire una terapia con particelle “veramente adattiva”.

La valutazione dei topi per segni di mielopatia indotta da radiazioni (che può portare a deficit motori e paralisi) ha rivelato che nessun topo ha mostrato una grave tossicità, dimostrando ulteriormente che la colonna vertebrale non è stata esposta a dosi elevate.

Dopo il trattamento, le misurazioni del tumore hanno rivelato un controllo completo del tumore dopo un’irradiazione di 20 Gy e un ritardo prolungato della crescita del tumore dopo 5 Gy, suggerendo una copertura completa del bersaglio in tutti gli animali.

I ricercatori hanno anche valutato il dilavamento del segnale dal tumore, che include una lenta diminuzione dell’attività dovuta al decadimento di ¹¹C (che ha un’emivita di 20,34 minuti), più una diminuzione più rapida man mano che il flusso sanguigno rimuove gli isotopi radioattivi dal tumore.

I risultati hanno mostrato che il washout biologico era dose-dipendente, con la componente veloce visibile a 5 Gy ma che scompariva a 20 Gy.

“Proponiamo che questa scoperta sia dovuta a un danno al vaso sanguigno che alimenta il tumore”, afferma Durante. “Se questo è vero, la radioterapia ad alte dosi potrebbe funzionare in un modo completamente diverso dalla radioterapia convenzionale: piuttosto che uccidere tutte le cellule staminali tumorali, affamiamo semplicemente il tumore danneggiando i vasi sanguigni”.

Successivamente, il team intende studiare l’uso di ¹⁰C oppure ¹⁵O fasci di trattamento, che dovrebbero fornire segnali più forti e una maggiore risoluzione temporale. Un nuovo separatore di frammenti Super-FRS presso l’acceleratore FAIR fornirà i fasci ad alta intensità necessari per gli studi con ¹⁰C.

Guardando più avanti, la traduzione clinica richiederà un design realistico e relativamente economico, afferma Durante.

“Il CERN ha proposto un progetto [il progetto MEDICIS-Promed] basato su ISOL [separazione isotopica online] che può essere utilizzato come sorgente di fasci radioattivi negli acceleratori attuali”, dice a Physics World.

“Al GSI stiamo anche lavorando su un possibile dispositivo in volo per acceleratori medici”.

I risultati sono riportati su Nature Physics.

Per gentile concessione: © J. Hosan, GSI/FAIR

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