Quando si declina il nucleare nella medicina e nella sanità, diventa tutta una questione di radiazioni. Immediatamente potresti pensare alla radioterapia e alle tecniche con cui oggi si trattano diverse forme di tumore. Fasci di radiazioni ionizzanti emesse da sostanze radioattive come lo iodio o il cobalto, oppure generate da macchinari come gli acceleratori lineari, con cui i medici bombardano le masse tumorali per danneggiare le cellule cancerose e bloccarne la proliferazione. La radioterapia in molte circostanze è la strada più sicura per condurre i paziente fuori dall’incubo di un tumore e lontano dalle recidive. L’esplorazione dell’universo atomico ha però portato allo sviluppo di un’altra tecnica contro i tumori: l’adroterapia. Se finora le radiazioni utilizzate dalla radioterapia standard provenivano da particelle leggere come i fotoni o gli elettroni, l’adroterapia fa l’opposto: utilizza particelle più pesanti come i protoni o gli ioni carbonio. Sono i cosiddetti adroni, atomi che grazie a una maggiore energia riescono a sconfiggere anche i tumori più radioresistenti. E senza creare “danni collaterali”.

Ricorrere a metafore belliche o immagini simili non ci piace, quindi per spiegarti cosa intendo prova a immaginare uno goccia di inchiostro su un fazzoletto di carta: appena tocca la superficie, il liquido bluastro impregna un punto preciso per poi espandersi lentamente in una macchia più grossa. Ecco, la radioterapia nella sua azione contro una massa tumorale fa come l’inchiostro sul fazzoletto, colpisce il suo bersaglio ma anche una parte delle cellule sane che si trovano nelle vicinanze del tumore o che vengono attraversate dal fascio di radiazioni. Anche se si tratta di danni contenuti, perché le cellule normali sono più abili nel ripararsi rispetto a quelle tumorali, resta pur sempre un aspetto che non può essere messo in secondo piano. Con l’adroterapia, invece, tutto ciò non succede. Ce lo ha spiegato il fisico Marco Pullia, responsabile della ricerca e sviluppo del CNAO, il Centro Nazionale di Adroterapia Oncologica di Pavia: l’unico centro in Italia e uno dei 6 al mondo a erogare l’adroterapia sia con ioni carbonio che protoni.

Dottor Pullia, nello specifico qual è dunque la differenza fra adroterapia e radioterapia? 

I fotoni e gli elettroni che vengono utilizzati nella radioterapia standard depositano tanta dose di energia (cioè energia per unità di massa) all’inizio del loro percorso nel corpo e poi, più si spingono in profondità, più la dose si attenua. Ma mentre questi irraggiano anche i tessuti sani dopo il bersaglio, il vantaggio dell’adroterapia è che gli adroni, invece, si comportano all’opposto. Attraversando il corpo depositano prima poca energia per poi rallentare e depositarne sempre di più alla fine del loro percorso. Questo permette un rilascio preciso in uno spazio molto più contenuto e di risparmiare i testi sani circostanti.

Ci spiega che cosa sono gli adroni? 

Sono atomi più pesanti rispetti ai fotoni e agli elettroni. Noi al Cnao usiamo i protoni (ovvero i nuclei degli atomi di idrogeno) e gli ioni carbonio. Esistono comunque molte più specie atomiche, altri ioni sono in fase di studio e nei prossimi anni ci saranno altri passi in avanti. In generale, però, l’80%-90% dei pazienti trattati sono stati sottoposti ad adroterapia con protoni.

Che differenza c’è tra protoni e ioni carbonio? 

È soprattutto a livello microscopico. Osservandoli sulla scala delle dimensione della cellule e del Dna, i protoni sono scarsamente ionizzati e creano ionizzazioni lontane fra loro con un ordine di distanza che somiglia a quello dei fotoni. Gli ioni carbonio invece hanno una carica più elevata e hanno una deposizione di energia più concentrata, gli urti sono più vicini tra loro e quindi hanno una ionizzazione più densa.

Il carbonio quindi è ancora più “efficace”.

Gli ioni carbonio riescono a danneggiare il bersaglio, soprattutto se si tratta di tumori radioresistenti. Le interazioni così vicine tra gli ioni carbonio portano a rotture multiple del Dna, che sono ancora più difficili da riparare da parte delle cellule rispetto a quelli singoli.

Un paziente quando può accede all’adroterapia? 

Il trattamento oggi è indicato per forme tumorali non operabili e resistenti alla radioterapia tradizionale. Per esempio sarcomi, cordomi, condrosarcomi, tumori solidi pediatrici, tumori del distretto testa collo, melanomi oculari, meningiomi, tumori del tronco encefalico e del midollo spinale. Le terapie sono coperte dal Sistema Sanitario Nazionale. Le patologie per cui l’adroterapia è indicata sono specifiche ed è importante quindi individuare i pazienti che ne hanno necessità, considerato che per queste persone le altre terapie non sono efficaci. In Italia ci sono altri due centri in grado di effettuarla con i soli protoni: a Trento e a Catania. Quest'ultimo, limitatamente al trattamento dell’occhio per pochi pazienti all’anno. Il CNAO di Pavia invece è l’uno che può erogare l’adroterapia con ioni carbonio e protoni.

Quanto dura un ciclo di trattamenti? 

Tipicamente con i protoni si usa lo stesso schema (o ciclo) della radioterapia con i fotoni, quindi un mese e mezzo o due. Con il carbonio, invece, si utilizzano cicli più brevi. Tipicamente al Cnao la terapia con il carbonio dura un solo mese anziché due.

E come funziona la macchina per adroterapia del Cnao? 

I fasci di particelle sono prodotti attraverso un piccolo sincrotrone, una macchina che, a dimensioni ridotte, assomiglia a LHC del Cern di Ginevra. Il sincrotrone è un acceleratore di particelle. Le particelle viaggiano all’interno di un tubo metallico in cui viene fatto il vuoto, detto camera a vuoto. Dei magneti fanno curvare le particelle su un’orbita chiusa dando loro una direzione da seguire. Questi magneti vengono chiamati dipoli. All’interno di un sincrotrone poi vi sono altri magneti, detti quadrupoli, che, invece, hanno il compito di focheggiare il fascio di particelle per mantenerlo di dimensioni contenute. Nel sincrotrone del CNAO le particelle compiono circa un milione di giri, 80milioni di metri di percorso e un errore anche di un solo grado nella direzione di una particella, portato per un percorso di 80milioni di metri senza focheggiamento, porterebbe alla perdita della particella. Infine vi è una cosiddetta cavità a radiofrequenza che si occupa di accelerare il fascio dandogli una spintarella ogni volta che esso la attraversa. Perché il fascio possa mantenersi sulla sua orbita giro dopo giro mentre accelera, e perché la cavità a radiofrequenza continui a dare la sua spintarella nel momento esatto in cui passa il fascio anche se esso gira sempre più velocemente, la forza di tutti i magneti e la frequenza del campo nella cavità devono cambiare tutte insieme coerentemente. Tutte queste quantità devono cambiare in maniera “sincrona”: da qui il nome di questo tipo di acceleratori.