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Adroterapia

Dario Vascellaro, N. 5 maggio 2001

Oggi, purtroppo, circa un quarto dei cittadini europei è soggetto a un episodio di cancro nel corso della propria vita; ciò accadrà a circa un terzo dei cittadini europei che vivranno nell’anno 2010. Secondo un recente documento dello Europe Against Cancer Programme, soltanto il 45% di tutti i malati vengono “guariti”, cioè hanno un periodo di sopravvivenza senza sintomi di più di cinque anni (un guadagno dell’1% su questa percentuale corrisponde a circa diecimila vite; ogni miglioramento anche piccolo è pertanto importante).
Il 90% dei guariti lo è grazie al controllo locale del tumore primario; a questo 90% contribuiscono la chirurgia (50%), la radioterapia (25%) e combinazioni diverse delle due terapie (15%), di modo che la radioterapia interviene nel 40% di tutte le guarigioni.
Negli ultimi cinquant’anni, nel mondo e in Italia, lo sviluppo della tecnica di accelerazione delle particelle alla ricerca di fasci di energie sempre più elevate ha aperto la strada a spettacolari progressi nella comprensione della materia e delle forze che agiscono tra le particelle che la compongono. I laboratori di Frascati dell’INFN e il CERN di Ginevra sono stati tutti questi anni all’avanguardia in questo campo. Ma non va dimenticato che gli acceleratori sono, in parallelo, anche entrati negli ospedali e nell’industria al servizio diretto dell’uomo. In questi anni si sono sviluppate nuove applicazioni nel campo della terapia del cancro, dopo l’introduzione degli apparati a raggi X, avutasi all’inizio del secolo, e quella degli acceleratori di elettroni, avvenuta dopo l’ultima guerra.
Nella moderna radioterapia si dirigono verso il corpo del paziente fasci di radiazioni prodotti da una sorgente esterna in modo da depositare una grande quantità di energia (una grande “dose”) nel volume tumorale uccidendone le cellule maligne. Per risparmiare i tessuti sani, che sono attraversati dal fascio oppure circondano il tumore, il paziente è irradiato da direzioni diverse facendo uso delle “testate rotanti” di cui sono dotati i recenti apparati di teleterapia, che usano come fasci di radiazioni fotoni (raggi X e raggi-y) oppure elettroni. Oggi le massime energie dei fotoni e degli elettroni utilizzati in terapia sono 20-25 MeV, dove MeV è il simbolo di un milione di elettronvolt.
La radioterapia convenzionale con raggi X interviene nel 40 per cento dei casi curati e in Italia ogni anno è impiegata su circa 120mila malati (sono invece 220mila le persone colpite da tumore).
Cosa riserva il futuro?
All’orizzonte c’è una speranza in più che dovrebbe permettere di aumentare la percentuale di pazienti guariti: è l’adroterapia, una moderna tecnica di irradiamento di tumori solidi profondi come quelli oculari, della base cranica e del sistema nervoso centrale, della colonna vertebrale, della prostata, della vescica e dell’utero, del fegato e del tratto gastroenterico, dei seni paranasali, della faringe e delle ghiandole salivari.Grazie a questa tecnica, invece dell’utilizzo di acceleratori di elettroni (come nella cura con i raggi X), si riusciranno a sfruttare le proprietà degli ioni di idrogeno e di carbonio.Tutto sarà possibile a partire dal 2002.
Quali saranno i vantaggi della nuova terapia?
Secondo gli scienziati avremo una maggiore probabilità di controllo locale della malattia, una più alta percentuale di sopravvivenza, una minore incidenza delle complicazioni derivanti dal trattamento, grazie al risparmio dei tessuti sani vicini alla parte malata e la possibilità di ridurre al minimo gli interventi chirurgici.
Questa nuova tecnica, che permette di migliorare in modo netto (in media dal 45 al 65%) sia le possibilità di sopravvivenza che la qualità della vita, deriva il suo nome da una parola greca, hadron, che significa “forte”, e si basa su fasci di nuclei di atomi ad alta energia, gli adroni appunto, che vengono sparati direttamente sul bersaglio-tumore, riducendo di molto il danno per i tessuti circostanti come invece avviene con i raggi X.
Dice Giampiero Tosi, un fisico dell’Istituto Oncologico Europeo esperto in questa tecnica: “I nuclei di atomi sono composti di protoni e di neutroni. La loro modalità di trasmissione dell’energia è completamente diversa dai raggi X. Quando sono alla fine del loro percorso nel corpo, cioè molto rallentati, cedono il massimo di energia. Questo cedimento di energia si chiama “picco di Bragg” dal nome del fisico che l’ha scoperto. Dentro i tessuti, che sono fatti prevalentemente di acqua, il picco rilascia la sua dose di energia proprio in corrispondenza del bersaglio e non, come avviene per i raggi X, lungo tutto il percorso. Questo permette sia di essere più efficaci sul tumore sia risparmiare i tessuti circostanti più di quanto non avvenga coi metodi tradizionali”. Per accelerare i nuclei degli atomi si usano i ciclotroni e i sincrotroni, delle potenti macchine di solito adoperate per studi di fisica delle particelle non legati a pratiche mediche. A partire dalla metà degli anni ’50 a S. Francisco, in America, si è iniziato lo studio di un loro uso anche clinico. Poi il numero degli studi e dei centri sperimentali è aumentato: ormai sono oltre 25mila i pazienti che sono stati sottoposti a questa pratica, sia con fasci di protoni che di ioni carbonio (degli altri tipi di adroni), che si stanno rivelando anche più efficaci dei protoni, ma il cui studio a fini clinici è iniziato più tardi.
Roberto Orecchia, un oncologo dell’Istituto Europeo dei Tumori di Milano dice: ”La terapia con protoni e ioni permette trattamenti più brevi perché interagisce con la materia più prontamente e permette una distribuzione ben definita della dose somministrata in profondità”.
Ma in cosa consiste precisamente l’adroterapia?
L’adroterapia è figlia della radioterapia convenzionale, che si effettua con i raggi X o con i raggi gamma. Utilizza fasci di protoni (ioni di idrogeno) e fasci di ioni di carbonio, particelle che, essendo più pesanti degli elettroni, vengono chiamate “adroni”. La preziosa caratteristica del fascio di particelle nucleari è quella che, assimilabili a minuscoli proiettili, si possono indirizzare con straordinaria precisione su bersagli ben definiti. Inoltre, i fasci di particelle nucleari (come i protoni) rilasciano la maggior parte della loro energia solo alla fine del percorso, riducendo al minimo il danneggiamento nella parte di materia attraversata, contrariamente a quanto avviene con i fotoni e gli elettroni. Queste proprietà delle particelle nucleari (chiamate anche adroni) consentono interessanti applicazioni per la lotta contro quei tumori localizzati in prossimità di organi vitali (fondo dell’occhio, base cranica, colonna vertebrale).
Fino ad oggi sono stati trattati con protoni e ioni oltre 25.000 pazienti in tutto il mondo.
In Italia, dove ogni anno sono irradiati con radiazioni convenzionali (raggi X e molto meno frequentemente con elettroni) circa 120.00 pazienti, nel quadro del programma Adroterapia sono stati condotti tre studi dettagliati del numero potenziale di pazienti della protonterapia da medici che sono ai massimi livelli dell’AIRO, l’Associazione Italiana di Radioterapia Oncologica. L’ultimo di questi giunge alla conclusione che attualmente sono diagnosticate circa 12.000 persone con tumori o lesioni che trarrebbero vantaggio da un trattamento con fasci di protoni aventi un’energia massima di 200-250 MeV, in grado di penetrare nel corpo del paziente fino a 30 cm di profondità; per 825 di questi pazienti un trattamento con protoni è un trattamento d’elezione. A questi pazienti vanno aggiunte ogni anno circa 10.000 persone affette da tumori resistenti sia ai raggi X che ai protoni; sia la sopravvivenza che la qualità di vita di molti di loro migliorerebbe a seguito di irradiazioni con fasci di ioni carbonio.
Produrre adroni è più difficile e costoso che produrre gli elettroni da 10 o 20 MeV della terapia convenzionale con raggi X. Ma i protoni da 200-250 MeV riescono a penetrare nel corpo fino a 25-35 centimetri e a raggiungere i tumori profondi. Per colpire alla stessa profondità, gli ioni carbonio devono essere accelerati a un’energia venti volte maggiore, cioè a 4.500 MeV. L’adroterapia permette l’irradiamento di tumori molto vicini a organi sensibili (cervello, spina dorsale, genitali, retto) con più probabilità di controllo locale, specialmente nei tumori resistenti ai raggi X. Con gli ioni si tratta il centro del tumore, dove le cellule maligne crescono lentamente per la minore disponibilità di ossigeno e quindi non sono sensibili ai raggi X della radioterapia. In Europa per ora il centro più importante e attrezzato si trova al Paul Scherrer Institute di Villigen, vicino Zurigo in Svizzera. In Italia, dopo alcuni ritardi, qualcosa finalmente si muove. Dopo nove anni di battaglie, la Fondazione Tera, costituita nel ’92 per promuovere l’adroterapia, cioè la radioterapia dei tumori con le particelle pesanti dette adroni, ha finalmente trovato concreto ascolto. Il ministro Veronesi è riuscito a iscrivere nella finanziaria venti miliardi per l’anno in corso e venti per il prossimo da destinare alla creazione in Italia di un Centro nazionale di adroterapia oncologica (Cnao), il cui costo complessivo è valutabile in cento miliardi.
I ministri della Sanità e della Ricerca hanno anche firmato il decreto che istituisce la Fondazione Cnao cui è affidata la costruzione e la gestione del Centro. Gli enti fondatori sono il Policlinico San Matteo di Pavia nonché l’Ospedale Maggiore, l’Istituto europeo di oncologia e l’Istituto neurologico “Besta” di Milano. Altri “soci” potranno essere accolti più tardi.
“È nostra intenzione”, spiega il fisico Ugo Amaldi, motore primo del “movimento” a favore dell’adroterapia in Italia, “cooptare università, l’Istituto nazionale dei tumori di Milano e altri enti”.
Il cuore del Centro sarà un sincrotrone, macchina familiare ai fisici. Quello destinato ad accelerare adroni è però specifico per l’uso medicale ed è frutto di un progetto internazionale chiamato Pimms (ProtonIon Medical Machine Study), coordinato dal Cern, il centro di ricerca nucleare di Ginevra. Avrà un diametro di 24 metri e sarà collocato in un bunker sotterraneo alto 12 metri. Nel mondo, i centri di adroterapia si contano sulle dita. Ma distinguiamo innanzi tutto tra l’adroterapia che utilizza fasci di ioni di idrogeno (protoni) e quella basata su fasci di ioni di carbonio. Nel primo settore (protoni), i centri ospedalieri funzionanti sono due, uno a Loma Linda in California, dove vengono trattati mille pazienti l’anno, e l’altro a Tokio.
Al Mass General Hospital di Harvard deve partire quest’anno un terzo centro e un quarto aprirà a Tsukuba, ancora in Giappone. Ci sono poi centri di ricerca nucleare che trattano, come “sottoprodotto” dell’attività in fisica, un numero limitato di pazienti.
Da segnalare che a Catania, con il ciclotrone dell’Istituto nazionale di fisica nucleare (Infn), da settembre verranno trattati i melanomi dell’occhio, una patologia che costringe ogni anno più di duecento italiani a recarsi all’estero. Per raggiungere questi tumori bastano 60 MeV di potenza, cioè protoni che penetrano non più di tre centimetri. Quanto alla ancor più rara adroterapia con ioni carbonio, è operativo a Tokio lo Heavy Ion Medical Accelerator Center, che a partire dal ’94 ha trattato 800 pazienti; mentre in un’altra località del Giappone sta per entrare in servizio un secondo centro per protoni e ioni, analogo a quello da costruire in Italia.
E con questo l’elenco si chiude.

Scheda tumori
I tumori per i quali si ritiene adatto questo tipo di terapia sono:

i tumori dell’occhio, come il melanoma uveale. Poi il retinoblastoma, la degenerazione maculare, gli angiomi e emangiomi e le metastasi intraoculari.
i tumori cerebrali profondi, come i condromi e condrosarcomi della base del cranio, i neurinomi acustici, i craniofaringiomi, gli adenomi dell’ipofisi.
i tumori vicini alla colonna vertebrale
i tumori del Sistema Nervoso Centrale (gliomi, glioblastomi, astrocitomi)
i tumori della prostata, del fegato, del polmone, dell’apparato gastroenterico e della cervice uterina.
Infine, c’è il doloroso capitolo dei tumori pediatrici, fortunatamente rari, circa 110 casi per milione di bambini. Perché sono la principale causa di morte in questo gruppo di età mentre la sopravvivenza si può misurare nell’arco di 50 anni e più. Nei bambini, inoltre, le complicazioni della tradizionale radioterapia sono in genere più gravi per la particolare sensibilità dei tessuti infantili.

La Fondazione TERA
La Fondazione TERA (TErapia con Radiazioni Adroniche) è un Ente Morale senza scopo di lucro, che è stato creato a Novara - dove ha la sede - nel settembre 1992 ed è stato riconosciuto con decreto del Ministero della Sanità del 5 novembre 1994.
Come descritto nello statuto la Fondazione si ripropone di portare in Italia le tecniche di radioterapia dei tumori basate sull’uso di fasci di protoni, neutroni, ioni elio e ioni carbonio, che appartengono alla famiglia di particelle fatte di quark dette “adroni”.
Per realizzare i suoi scopi la Fondazione TERA si è fatta promotrice del Programma Adroterapia, ai cui molteplici progetti lavorano oggi oltre 200 medici, fisici, ingegneri e informatici provenienti da una cinquantina di università, ospedali, centri oncologici e laboratori di ricerca italiani e stranieri.
L’attività della Fondazione è documentata nelle note TERA, nel “Libro Blu” e nel “Libro Verde” pubblicati rispettivamente nel 1994 e nel 1996.

Il progetto di adroterapia
Il progetto di Adroterapia Oncologica venne lanciato nell’ambito dell’Istituto N azionale di Fisica Nucleare (INFN) nel 1991 con un documento scritto da Ugo Amaldi e Giampiero Tosi. Lo scopo del progetto è di portare in Italia le tecniche p iù moderne di radioterapia per la cura dei tumori, che utilizzano i fasci di protoni, ioni e neutroni. Fasci di protoni e ioni permettono il trattamento “conformazionale” dei tumori e delle malformazioni del cervello con il vantaggio di salvare il tessuto sano circostante a differenza della radioterapia convenzionale. Questa proprietà risulta particolarmente importante nella irradiazione di tessuti localizzati vicino a organi critici (occhio, cervello, colonna vertebrale, gonadi, ecc.).
Il progetto si divide in tre principali attività:

Il centro di Adroterapia (CNAO) - Questo centro avrà un acceleratore protosincrotrone con un diametro di 18 m . Questo acceleratore produrrà fasci di protoni e, in una seconda fase, Carboni o e ioni Ossigeno.
Acceleratore compatto per protoni (PACO) - Disegno e costruzione di “acceleratori compatti per protoni” da installarsi in ospedali esistenti.
Rete Rita - Rete multimediale per lo scambio dei dati clinici (Rete Italiana Trattamenti Adroterapici).

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