CNAO: UNO SGUARDO ALL’INTERNO DELLA PIU’ IMPORTANTE STRUTTURA ITALIANA DI ADROTERAPIA

Il CNAO, Centro Nazionale di Adroterapia Oncologica è l’unico in Italia in grado di erogare trattamenti di adroterapia mediante l’impiego di protoni e ioni carbonio. In tutto il mondo le strutture in grado di farlo sono solo 6, una di queste è appunto il CNAO di Pavia.

L’adroterapia è particolarmente indicata per la cura dei tumori radioresistenti, quei tumori che non rispondono alla radioterapia tradizionale con raggi X o per i tumori inoperabili.

Oltre ad occuparsi di trattamenti di Adroterapia, CNAO è anche un Centro di Ricerca e Sviluppo le cui attività hanno l’obiettivo di fornire un continuo miglioramento nella lotta contro il cancro.

Ma ora vediamo più nel dettaglio come funziona il centro di adroterapia.

  •  IL SINCROTRONE

Il cuore di CNAO è il suo sincrotrone in cui le particelle raggiungono velocità prossime a quella della luce in un percorso curvilineo. Il sincrotrone del CNAO, che è collocato in un bunker di 1600 metri quadrati nel cuore della sede di Pavia, ha la forma di un anello di 25 metri di diametro e 80 metri di circonferenza ed è isolato dal resto della struttura con schermature per le radiazioni in cemento armato che vanno dai 2 ai 6 metri di spessore. Queste schermature sono necessarie a proteggere i frequentatori del centro dal pericolo delle radiazioni.

Le particelle che si usano in CNAO sono protoni e ioni carbonio.

I protoni sono ricavati da gas (es.elio) ionizzato. Poi, attraverso dei magneti, si dividono protoni, elettroni e neutroni e vengono prelevati solamente i protoni per immetterli nel LinAc, un acceleratore lineare il cui scopo è  pre-accelerarli. Il moto circolare viene reso possibile grazie alla presenza di dipoli magnetici. Vengono anche usati magneti quadripoli per mantenere il fascio il più possibile filiforme e magneti sestipoli per rifinire la forma del flusso e indirizzarlo. Nell’anello è presente anche la cavità di accelerazione che serve per dare un’ulteriore accelerazione alle particelle, in modo da aumentarne la velocità e quindi l’energia cinetica che arriva a 250 MeV per i protoni e 4800 MeV per gli ioni carbonio (il MeV, equivalente ad un milione di elettronvolt, è l’unità di energia utilizzata nei fenomeni su scala atomica e nucleare). Per raggiungere questa velocità percorrono circa 30.000 chilometri in mezzo secondo dopodiché vengono inviati attraverso dei magneti in una delle tre sale di trattamento.


SALE TRATTAMENTO CNAO

Nel CNAO sono presenti 3 stanze di trattamento, accessibili distintamente tramite corridoi specifici, situate alla stessa altezza dell’acceleratore e collegate ad esso tramite una sua continuazione.

Quando il fascio di particelle raggiunge la velocità richiesta, questo passa attraverso un canale di uscita, che può essere diritto o in salita, a seconda della stanza di arrivo: due delle tre stanze hanno collegamento all’acceleratore parallelo al suolo, con tubo entrante dalla parete; l’ultima, invece, ha un doppio collegamento, sia dalla parete che dal soffitto.

Da un punto di vista terapeutico, le 3 stanze non hanno grandi differenze: l’unica caratteristica che distingue la terza stanza è la sua maggiore flessibilità nella cura dei tumori, in quanto permette di operare su due piani diversi (viene quindi utilizzata nei casi più complicati).

Per i tumori agli occhi il paziente viene fatto sedere, ma negli altri casi si utilizza un lettino motorizzato con grande sensibilità nei movimenti, dotato di puntatore laser per garantirne la più estrema precisione (fondamentale per evitare di danneggiare i tessuti vicini alla massa tumorale).

Vengono realizzate ad hoc maschere con materiali termoplastici, in grado di assumere qualsiasi forma desiderata, che vengono posizionate nella zona soggetta al trattamento per impedirne movimenti involontari.

Per gli stessi motivi, si realizzano spesso cuscini per il resto del corpo.

  • COME FUNZIONA L’ADROTERAPIA

L’adroterapia è un specifico tipo di radioterapia che usa gli adroni.

La peculiarità dell’adroterapia sta nelle particelle utilizzate, i protoni e gli ioni carbonio.

Il piano terapia viene elaborato una volta analizzata l’immagine TAC della zona interessata, che mostra in dettaglio la posizione delle cellule tumorali: questo permette al medico di decidere la particella appropriata per la terapia in base al tumore del paziente (gli ioni carbonio possiedono un’energia maggiore dei protoni).

Le cellule malate vengono irradiate da un fascio unidirezionale di particelle che colpisce l’area interessata, dividendola in sezioni verticali; l’intensità di energia che le cellule ricevono dipende dalla profondità del fascio nella cute: il paziente, infatti, viene posizionato in modo tale che il picco di energia venga raggiunto solo una volta che il fascio di particelle sia giunto al tumore, in modo da romperne la doppia elica del DNA e impedire la sua riproduzione.

Per garantire l’efficacia del trattamento e l’incolumità del paziente, è necessario che egli sia completamente fermo, e a tal fine vengono impiegate le misure descritte in precedenza; tuttavia, è sempre presente il movimento del corpo dovuto al respiro: per ovviare questo problema,  viene analizzato il ritmo respiratorio del paziente tramite un processo detto gating respiratorio, in modo da poter calcolare con assoluta precisione il momento di massima espirazione: è in questi attimi che le particelle verranno irradiate.

Il trattamento si svolge 4/5 volte a settimana per durate che possono andare dai 2 ai 3 mesi a seconda della particella utilizzata, e per quanto sia difficile eradicare completamente un tumore, il paziente viene considerato “curato” quando il tumore non dà segni di progressione per 5 anni.

  • IL PICCO DI BRAGG

Una volta appurato che cosa effettivamente sia l’adroterapia, è necessario capire in cosa diverga la terapia ad adroni rispetto alla tradizionale radioterapia, praticata comunemente nella maggior parte degli ospedali. I vantaggi della radioterapia sono molteplici, sia a livello di zona trattata che di praticità. Tuttavia vi sono però dei limiti dovuti all’imprecisità della radioterapia. Tali limiti vengono ovviati dall’adroterapia, in quanto gli adroni utilizzati (i protoni e gli ioni carbonio) rilasciano il loro quantitativo energetico (definito dose assorbita D) in quantità inversamente proporzionale rispetto alla loro velocità (al quadrato), portando dunque la maggior parte dell’energia ad essere rilasciata nell’ultima parte del moto della particella, attorno ai 15 cm di profondità (nel caso dei tessuti corporei). La curva che definisce tale rilascio si chiama curva di Bragg ed in particolare, il punto in cui si ha il maggior rilascio dell’energia (per quanto riguarda gli adroni) è definito picco di Bragg, dal nome del fisico William Henry Bragg che lo scoprì. L’adroterapia differisce dunque rispetto alla radioterapia in quanto le particelle che vengono usate hanno effetto ionizzante a profondità nettamente più elevate, facilitando dunque la cura di tumori situati in parti ostiche da raggiungere.

  • PROGETTO ESPANSIONE CNAO

Il centro Nazionela di Adroterapia di Pavia sta espandendo le sue strutture con la costruzione di un nuovo edificio. Questa nuova struttura ospiterà un’area per la protonterapia, dotata di un acceleratore di protoni e di una sala di trattamento con una testata rotante chiamata Gantry: in questo modo, si ridurranno i tempi dei trattamenti e si potranno ampliare le opzioni cliniche delle cure; in particolare, questa nuova testata rotante sarà molto vantaggiosa per trattare i tumori pediatrici, irraggiare organi in movimento e gestire le patologie più estese.

Verrà inoltre installato un acceleratore di neutroni per lo sviluppo della BNCT (Boron Neutron Capture Therapy), una nuova tecnica sperimentale con l’obiettivo di trattare i tumori resistenti alle terapie già in uso.

Il nuovo edificio, insieme a quello esistente, comprenderà un moderno impianto per protoni con tecnologia all’avanguardia. La nuova linea si svilupperà su 2 piani, per un totale di più di 4.000 metri quadri, e ospiterà anche spazi per la preparazione dei pazienti e per svolgere attività di ricerca; è prevista anche la creazione di un’area verde di circa 6.200 metri quadri.

INTERVISTA A SIMONE SAWA, un fisico che lavora al CNAO

Abbiamo chiesto a Simone Sawa alcune informazioni sul suo lavoro.

Innanzitutto gli chiediamo cosa abbia studiato per trovarsi nella sua posizione.

Il dott. Sawa è un fisico delle particelle, ma per le sue mansioni anche una laurea in fisica nucleare, ingegneria fisica o anche ingegneria nucleare potevano andare bene.

Ci spiega che di fatto non esiste una laurea ad hoc. Dopo la laurea ha seguito un corso specifico sugli acceleratori

Gli domandiamo cosa l’ abbia portato a lavorare lì e qual sia la parte migliore del suo lavoro.

Ci racconta che ha svolto la tesi magistrale esterna in CNAO, e dopo è rimasto lì. Il fatto di poter fare ricerca in un settore che aiuta nell’immediato le persone è molto stimolante per lui. Ritiene che la ricerca pura sia molto bella in sé, ma sapere che quello che si fa non solo aumenta le conoscenze delle persone, ma è di aiuto a persone malate differenzia questo tipo di lavoro da altri (come ad esempio fare il ricercatore in università, oppure al CERN).

I lavori in CNAO sono molto diversi: alcuni iniziano molto presto per fare i test necessari per certificare il fascio per il trattamento quotidiano, e c’è chi si occupa di tutto l’iter del paziente (i pazienti vengono trattati dalle 7.30 alle 21 circa). Al di fuori dell’orario di trattamento si svolgono misure sull’acceleratore per migliorare alcuni aspetti, oppure misure dei piani di trattamento che bisognerà erogare sui nuovi pazienti, oppure ancora esperimenti di ricerca di fisica che di radiobiologia sia interni sia con gruppi di ricercatori che vengono da altre istituzioni. La sua giornata tipica si svolge principalmente al computer: simulazioni e preparazione dei setup sperimentali per gli esperimenti che si svolgeranno nel weekend

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