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Radioterapia più accurata per il trattamento del cancro

Fattori di correzione della fluenza per nuove formulazioni e materiali commerciali. (a) materiali equivalenti al tessuto osseo della vertebra (b) materiali equivalenti al tessuto muscolare. Le linee tratteggiate di riferimento evidenziavano gli spessori tissutali massimi di ciascun tessuto bersaglio attraverso il quale un protone può passare in un paziente (4 cm per le ossa e 15 cm per i muscoli). Le incertezze di tipo A sono presentate con ciascuna barra di errore. Credito: Fisica in Medicina e Biologia (2023). DOI: 10.1088/1361-6560/acb637

Gli scienziati dell’NPL hanno lavorato su una serie di progetti destinati a migliorare significativamente l’accuratezza di un tipo di trattamento radioterapico chiamato radioterapia con fascio di protoni. I vantaggi di questa terapia includono un targeting più preciso dei tumori cancerosi senza danneggiare i tessuti sani circostanti. Riduce al minimo in modo massiccio gli spiacevoli effetti collaterali della radioterapia, soprattutto nel caso dei pazienti pediatrici, tra cui insufficienza cardiaca, fibrosi polmonare e tumori secondari.

 

La radioterapia con fasci di protoni è considerata un’opzione superiore rispetto alle forme consolidate di radioterapia perché la radiazione può essere confinata in gran parte al tumore, riducendo al minimo il danno ai tessuti sani circostanti. Ma per ottenere il massimo dal trattamento, la precisione della dose di radiazioni derivante dal trattamento con fasci di protoni deve essere simile a quella ottenuta utilizzando i trattamenti radioterapici esistenti.

Per raggiungere questo obiettivo, il team di NPL ha compiuto tre importanti passi avanti:

  • producendo il proprio strumento altamente accurato per misurare e garantire quantità di dosaggio di radiazioni chiamato calorimetro protonico standard primario (PSPC)
  • sviluppare nuovi materiali plastici equivalenti ai tessuti per imitare con precisione i tessuti umani come ossa e muscoli nella fase di test
  • eseguendo misurazioni pionieristiche per dimostrare una nuova forma di radioterapia chiamata FLASH

Misurazione accurata della dose di radiazioni assorbite dalla radioterapia protonica

Per massimizzare la precisione e la coerenza della misurazione della dose di radiazioni nella radioterapia con protoni, NPL ha sviluppato il calorimetro protonico standard primario ( PSPC ) per misurare direttamente la dose di radiazioni assorbita nei fasci di radioterapia con protoni.

La misurazione della dose di radiazioni presenta sempre un livello di incertezza, ma il PSPC di NPL riduce questa incertezza di oltre la metà (0,9% anziché 2,3%) come riportato dal Codice di condotta internazionale per la dosimetria della radioterapia (TRS-398), rendendolo più accurato rispetto agli attuali protocolli internazionali.

Con il PSPC, NPL garantisce che i pazienti affetti da cancro sottoposti a radioterapia protonica ricevano dosi di radiazioni coerenti e accurate nelle diverse strutture di trattamento. Ciò migliora le possibilità di trattare con successo il tumore e riduce la variabilità nella somministrazione della dose ai pazienti.

Con l’aumento del numero di centri di trattamento della radioterapia con fasci di protoni nel Regno Unito e altrove, diventa sempre più importante garantire una somministrazione della dose coerente e accurata tra tutti loro. Il PSPC di NPL è uno strumento fondamentale per raggiungere questo obiettivo, garantendo che i pazienti affetti da cancro ricevano il miglior trattamento possibile.

 

Nuovi materiali di prova imitano esattamente il tessuto umano

Il team dell’NPL ha inoltre sviluppato nuovi materiali plastici pionieristici che imitano le proprietà delle radiazioni delle ossa e dei tessuti muscolari umani per l’imaging di fotoni e i trattamenti con fasci di protoni. I materiali di test esistenti producono grandi incertezze nella dosimetria della terapia protonica con conseguenti differenze relative nel “range” fino all’8%. Pertanto, questi materiali esistenti non possono essere utilizzati per fornire misurazioni accurate di garanzia della qualità per la dosimetria della terapia protonica.

Al contrario, i nuovi materiali sviluppati da NPL imitano da vicino le proprietà del tessuto umano in un fascio di protoni con una precisione compresa tra l’1% e il 2%: questo li rende molto più efficaci se utilizzati per supportare misurazioni di dosimetria delle radiazioni per piani complessi di trattamento con protoni e studi clinici . . I nuovi materiali che imitano i tessuti sono stati utilizzati per sviluppare un dispositivo che imita la testa e il collo di un paziente per scopi di radioterapia. Questa ricerca è stata pubblicata in Physics in Medicine & Biology .

Il dispositivo in plastica è utile in quanto consente ai centri clinici di controllare e testare l’erogazione del trattamento di terapia protonica senza la necessità di un paziente reale. Il dispositivo è dotato di rilevatori interni che consentono all’utente di effettuare misurazioni della dose che possono essere confrontate con i valori previsti dal software di pianificazione del trattamento. Questi test forniscono ai centri clinici fiducia nella fornitura dei loro trattamenti di terapia protonica ai pazienti.

Identificazione della dose ideale per la nuova tecnica di radioterapia FLASH ad altissime dosi

Utilizzando una tecnologia di misurazione all’avanguardia, gli scienziati dell’NPL hanno misurato e standardizzato la dose assorbita ottimale ideale per una forma potenzialmente rivoluzionaria di radioterapia con fascio di protoni nota come FLASH.

Il nuovo trattamento radioterapico FLASH (RT) è efficace quanto le tecniche attuali ma previene anche danni inutili ai tessuti sani e riduce notevolmente il tempo che i pazienti pediatrici devono trascorrere in ospedale.

I trattamenti FLASH possono essere somministrati in meno o addirittura singole consegne rispetto alla radioterapia convenzionale che spesso viene somministrata in frazioni nell’arco di un periodo di circa sei settimane con il paziente che deve ricoverarsi in ospedale su base giornaliera.

Una dosimetria accurata è essenziale per evitare errori che potrebbero portare il paziente a ricevere una dose errata di radiazioni e ridurre le possibilità di successo del trattamento. Attualmente, qualsiasi forma di radioterapia provoca una deposizione indesiderata ma inevitabile di radiazioni sul tessuto sano attorno al tumore bersaglio. Gli studi hanno dimostrato che il trattamento che utilizza radiazioni a dosaggio ultra elevato (UHDR) potrebbe risparmiare in modo significativo i tessuti sani pur essendo efficace almeno quanto i trattamenti a dosaggio convenzionale nel controllo del tumore: questo è noto come “effetto FLASH”.

La svolta dell’NPL ha portato al primo studio clinico sull’uomo di FLASH RT nel novembre 2020, che ha coinvolto 10 pazienti presso il Proton Therapy Center dell’ospedale pediatrico di Cincinnati in Ohio, Stati Uniti. I risultati della ricerca del team NPL sono stati pubblicati sulla rivista scientifica Scientific Reports a febbraio dal titolo “Dosimetria assoluta per la radioterapia a scansione con fascio di protoni FLASH”.

Ana Lourenço, scienziata senior presso l’NPL, ha dichiarato: “Stiamo lavorando con l’Istituto di fisica e ingegneria in medicina (IPEM) per sviluppare un nuovo codice di condotta (CoP) per la dosimetria di riferimento dei fasci di protoni. Il prossimo IPEM CoP utilizzerà l’NPL PSPC e fornire una dose assorbita diretta al servizio di calibrazione dell’acqua per i fasci di protonterapia.

“Questo significativo sviluppo ridurrà l’incertezza nella somministrazione della dose, garantendo un controllo ottimale del tumore e una migliore accuratezza nei trattamenti di terapia protonica. L’istituzione di standard coerenti supportati dalla CoP non solo andrà a beneficio dei pazienti all’interno e tra le strutture di trattamento, ma getterà anche le basi per lo sviluppo di studi clinici sulla terapia protonica.”

Russell Thomas, responsabile dell’area scientifica di NPL, ha affermato: “Il nostro team presso NPL è ampiamente riconosciuto come leader mondiale nei settori della dosimetria protonica. Per diversi anni abbiamo lavorato per sviluppare una comprensione più profonda degli aspetti fondamentali della dosimetria per questo tipo di fascio che è culminato nello sviluppo di uno standard primario dedicato specifico per la radioterapia protonica.

“Sulla base di ciò, siamo in grado di perfezionare ulteriormente la comprensione della risposta delle camere di ionizzazione utilizzate nella clinica. In combinazione con ciò, il mio team ha sviluppato protocolli per l’auditing delle cliniche, un aspetto vitale per garantire che i trattamenti ai pazienti siano erogati in modo ottimale, e hanno abbiamo sviluppato i nostri materiali appositamente per imitare la risposta dei tessuti, delle ossa, ecc. al fascio di protoni. È un privilegio per me guidare un team di scienziati così dedicato e talentuoso, il cui lavoro ha un impatto reale nel contribuire a migliorare i risultati e la qualità della vita dei malati di cancro”.

Hannah Cook, scienziata di livello superiore, ha affermato: “La dosimetria della terapia protonica e lo sviluppo di audit sono ricerche molto interessanti e gratificanti. Lo scopo del nostro lavoro è quello di dare fiducia ai centri clinici che offrono trattamenti di terapia protonica nel Regno Unito e nel mondo, con la speranza di favorire ulteriormente migliorare la prognosi dei pazienti affetti da cancro.”

  • More information: H Cook et al, Development of optimised tissue-equivalent materials for proton therapy, Physics in Medicine & Biology (2023). DOI: 10.1088/1361-6560/acb637
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