Curare con le particelle

Unire la terapia con la diagnostica è anche la chiave della promettente terapia con i cosiddetti "radioligandi", che utilizza farmaci radioattivi legati a molecole chiamate "ligandi" (o carrier), capaci a loro volta di legarsi a specifiche cellule tumorali. Il radioligando rilascia radiazione ionizzante direttamente e selettivamente solo nel tumore e permette sia di generare un’immagine utile alla diagnosi della malattia sia di rilasciare una dose terapeutica. Si tratta pertanto di una terapia efficace anche quando il tumore è diffuso in diverse sedi e non è possibile trattarlo con la radioterapia convenzionale o intervenire chirurgicamente.
Sempre grazie agli sviluppi tecnologici degli acceleratori, crescono i progetti per l’implementazione clinica della boron neutron capture therapy (BNCT), che sfrutta la reazione nucleare tra neutroni di bassa energia con nuclei di boro-10 e la conseguente formazione di nuclei radioattivi nei tumori, dove si concentra il farmaco iniettato al paziente arricchito con boro-10. Il decadimento dei nuclei radioattivi libera radiazioni ionizzanti direttamente dentro le cellule tumorali (vd. fig. b).
Per l’implementazione clinica della BNCT la ricerca contribuisce allo sviluppo di acceleratori compatti, di modelli radiobiologici per la pianificazione del trattamento, oltre a nuovi farmaci e metodi per la somministrazione efficace e sicura del boro. Quest’ultimo è anche protagonista di un’altra ricerca di frontiera: la proton boron capture therapy (PBCT), che sfrutta la reazione nucleare dei protoni con il boro per aumentare l’efficacia dei trattamenti con protoni.
Il futuro della fisica medica è oggi guidato dalla crescente comprensione dei meccanismi biologici dei tumori e delle differenze fra tessuti malati e sani nel reagire al danno indotto dalle radiazioni. Di grande attualità è l’effetto flash – già osservato in studi su animali e oggetto di pianificazione dei primi trial clinici – che provoca una sostanziale riduzione del danno biologico dei tessuti sani a parità di efficacia nel controllo della malattia, quando la dose richiesta è erogata in tempi molto brevi. Un trattamento flash ha una durata inferiore al decimo di secondo, tempo che va confrontato con i trattamenti radioterapici tradizionali, in cui la dose totale è erogata in circa 30 frazioni giornaliere ciascuna della durata di circa un minuto. Se i differenti meccanismi di riparazione del danno indotto da altissimi ratei di dose su cellule e tessuti differenti sono ancora in parte da comprendere, le prospettive cliniche della radioterapia flash sono evidenti e rilevanti poiché permettono tempi di terapia drasticamente ridotti, con una conseguente riduzione delle liste di attesa e dei costi per paziente.
A piccoli passi, progetto dopo progetto, l’INFN contribuisce a portare in clinica terapie innovative e personalizzate grazie a innovativi acceleratori e rivelatori di particelle, sviluppando modelli radiobiologici e strumenti per l’erogazione e la pianificazione dei trattamenti, e puntando su precisione, velocità ed efficacia.

I radiofarmaci sono molecole in grado di trasportare in modo selettivo un atomo radioattivo, detto "radionuclide" (vd. anche Radiazioni che ci circondano, ndr), fino all’organo/tessuto di interesse e possono essere utilizzati a scopo diagnostico e terapeutico, a seconda delle caratteristiche di decadimento del radionuclide. Radionuclidi che emettono radiazione elettromagnetica (raggi γ) possono essere utilizzati per la diagnosi sfruttando le tecniche diagnostiche SPECT e PET che, grazie a una γ-camera, consentono di ottenere un’immagine che permette la localizzazione del tracciante radioattivo.
Si ha invece un effetto terapeutico se vengono usati radionuclidi che emettono particelle cariche (ad esempio particelle α ed elettroni), la cui energia ceduta ai tessuti induce un effetto letale sulle cellule con le quali il radiofarmaco viene a contatto.
Nei Laboratori Nazionali di Legnaro (LNL), grazie al nuovo ciclotrone del progetto SPES (Selective Production of Exotic Species), in grado di accelerare protoni fino a 70 MeV, sarà possibile produrre i radionuclidi con due diverse tecniche complementari: ISOL (Isotope Separation On-Line) e attivazione diretta.
La tecnica ISOL (progetto ISOLPHARM) prevede l’irraggiamento di un bersaglio in carburo che a temperature oltre i 2000 °C rilascia i radionuclidi prodotti dalle reazioni nucleari. Gli atomi ionizzati diventano così un fascio radioattivo che può essere purificato con intensi campi elettromagnetici che consentono di separare i radionuclidi medicali dai contaminanti.
Il progetto LARAMED sfrutta invece il fascio di protoni del ciclotrone SPES e la tecnica dell’attivazione diretta per la produzione di radionuclidi e, di conseguenza, di radiofarmaci innovativi.

1.
LARAMED (LAboratorio di RAdionuclidi per la MEDicina): schema del ciclo di produzione dei radionuclidi con attivazione diretta del bersaglio.

Come mostrato in fig. 1, per arrivare al radiofarmaco è necessario completare diversi step consecutivi. Si inizia con lo sviluppo e la realizzazione di un bersaglio ottimizzato per ogni specifico radionuclide di interesse. Per questo passaggio è fondamentale conoscere tutte le reazioni nucleari che il fascio di protoni induce nel materiale bersaglio per poter massimizzare la produzione del radionuclide desiderato e minimizzare quella dei contaminanti. Successivamente avviene il vero e proprio irraggiamento: può durare qualche ora oppure qualche giorno, a seconda delle caratteristiche di decadimento del radionuclide. Infine, è necessario separare e purificare radiochimicamente tale radionuclide dal materiale bersaglio e dai contaminanti. Se il prodotto ottenuto rispetta i limiti richiesti dal controllo qualità, si procede con la marcatura del radiofarmaco, che può essere utilizzato per studi preclinici e, in futuro, clinici. [Liliana Mou]