Applicazioni della fisica nucleare - l'adroterapia

Da specializzando magistrale in fisica medica, uno dei miei argomenti preferiti da quando ho iniziato a studiare le diverse applicazioni della fisica in ambito medico è senza ombra di dubbio l’adroterapia. L’adroterapia è una delle più potenti armi contro i tumori resistenti, e si usa in casi clinici particolari ma non troppo fuori dal comune: essa è una terapia oncologica che sfrutta le particelle cariche, tra cui protoni e ioni carbonio, al posto dei raggi X usati in radioterapia convenzionale. Il meccanismo principale su cui si basa questo tipo di terapia è la fisica nucleare. In particolare, il rilascio dell’energia delle particelle è governato dalla formula di Bethe-Bloch, che è in generale approssimabile a:

dove ‘z’ è la carica della particella (es. per un protone è uguale a 1, per uno ione carbonio è uguale a 6) e ‘v’ la velocità della particella che penetra nei tessuti del paziente. Con l’adroterapia il rilascio di energia - e quindi la distruzione delle cellule tumorali - è estremamente selettivo: questo significa che vengono colpite con un’alta intensità solo le cellule tumorali, mentre i tessuti sani vengono risparmiati. Quando viene rilasciata energia sul tumore, essa si tramuta in “dose assorbita”, una specifica quantità fisica misurata in Gray [Gy], che nel sistema internazionale, corrisponde a 1 J di radiazione assorbita da 1 Kg di massa:

La particella, penetrando nei tessuti, perderà velocità per attrito e a causa di fenomeni di interazione nucleare con la materia attraversata. Infatti, come notiamo dalla formula di Bethe-Bloch, quando la velocità della particella decresce (ed è molto bassa), il rilascio di energia è massimo (essendo ‘z’ una costante dipendente dal tipo di particella utilizzata):

Come vediamo in grafico, quando il fascio di particelle raggiunge il corpo del paziente (approssimabile come acquoso, vedi asse x, corrispondente alla profondità in acqua), a mano a mano che penetra, subisce un progressivo rallentamento fino ad arrivare ad un punto in cui si arresta, noto come “Picco di Bragg”. Sul picco, dove la velocità è minima, corrisponde quindi un rilascio di dose massimo sul tumore da parte delle particelle:

Pertanto, sfruttando questo rilascio di energia sul picco, si ha la possibilità di massimizzare il danno al tessuto tumorale e di minimizzare i danni a carico dei tessuti sani circostanti e posteriori al tumore:

Da studente fuorisede a Pavia, adesso non mi resta altro che promuovere uno dei pochi centri che abbiamo in Europa che pratica questo tipo di terapie: il centro di eccellenza CNAO (Centro Nazionale di Adroterapia Oncologica). In tutto il mondo le strutture in grado di erogare questo tipo di trattamenti sono solo 6, una di queste è il CNAO di Pavia, a solo mezz'ora da Milano.

Dal 1° gennaio 2014, l’adroterapia è un trattamento erogabile dal Sistema Sanitario Nazionale, indicato per casi di trattamento di tumori particolarmente difficili e resistenti. Oltre ad occuparsi di trattamenti di Adroterapia, CNAO è anche un Centro di Ricerca e Sviluppo le cui attività spaziano dalla ricerca clinica alla ricerca radiobiologica, a quella traslazionale con l’obiettivo di fornire un continuo miglioramento nella lotta contro il cancro.