Protonterapia

La protonterapia (o terapia protonica) è un tipo di adroterapia (radioterapia che sfrutta gli adroni) che utilizza un fascio di protoni per irradiare un tessuto biologico malato, spesso nel trattamento dei tumori.

Il vantaggio principale della terapia protonica è la capacità di localizzare più precisamente il dosaggio delle radiazioni ionizzanti rispetto ad altri tipi di radioterapia esterna. Tuttavia non vi sono ancora prove del tutto certe se questo costituisce un vantaggio globale rispetto ad altri trattamenti meno costosi, perché ciò dipende dal tipo di tumore.

Descrizione

Schema dell'energia in un tipico trattamento di protonterapia

Gantry Blu del Centro di Protonterapia di Trento

Tipica maschera utilizzata durante la terapia

La protonterapia è un tipo di radioterapia esterna che utilizza radiazioni ionizzanti. Nella terapia protonica, il personale sanitario utilizza un acceleratore di particelle per indirizzare un fascio di protoni su di una massa tumorale.^[1]^[2] Queste particelle cariche, i protoni, danneggiano il DNA delle cellule, uccidendole o bloccando la loro riproduzione. Le cellule tumorali sono particolarmente vulnerabili agli attacchi contro il DNA per via della loro alta frequenza di divisione e le loro ridotte capacità di riparare danni al DNA.

A causa della loro massa relativamente grande, i protoni possiedono una scarsa dispersione laterale nell'attraversamento dei tessuti; il fascio quindi non si diffonde molto, rimanendo piuttosto focalizzato sulla massa tumorale e garantendo quindi solo bassi effetti collaterali ai tessuti circostanti. Tutti i protoni di una data energia hanno un dato potere di penetrazione e quindi pochissimi protoni penetrano oltre tale distanza, risparmiando i tessuti posteriori al tumore.^[3] Inoltre, la dose erogata dal collimatore al tessuto è massima solo negli ultimi millimetri del tragitto della particella: questo punto massimo è chiamato picco di Bragg.^[4]

Per il trattamento di tumori a profondità maggiori, l'acceleratore di protoni deve produrre un fascio con una maggiore energia, di solito misurata in eV o elettron volt. Se, invece, è necessario trattare tumori più vicini alla superficie del corpo si possono utilizzare protoni di energia inferiore. Gli acceleratori utilizzati per la terapia protonica in genere producono protoni con energie nella gamma di 70-250 MeV (mega elettronvolt; milioni di elettronvolt). Regolando l'energia dei protoni durante il trattamento, si possono quindi risparmiare maggiormente i tessuti posti prima e dopo la massa tumorale, concentrando il massimo dell'energia proprio su questa.^[3]

Nella maggior parte dei trattamenti, protoni di diverse energie e con picchi di Bragg a diverse profondità vengono applicati per trattare l'intero tumore. Questi picchi di Bragg sono mostrati dalle linee blu sottili nella figura a sinistra. La dose di radiazione totale dei protoni è chiamata spread-out Bragg peak (SOBP), ed è mostrata come una linea tratteggiata marcata in blu nella figura a sinistra. È importante comprendere che, mentre i tessuti posteriori al tumore ricevono quasi nessuna radiazione dalla terapia protonica, i tessuti davanti o meno profondi del tumore ricevono un dosaggio di radiazioni basato sul SOBP.

Storia

La prima intuizione che l'energia dei protoni potesse essere un efficace metodo per il trattamento radioterapico è stata formulata da Robert R. Wilson,^[5] in un documento pubblicato nel 1946, coinvolgendo la Harvard Ciclotrone Laboratory (HCL) nella progettazione.^[6] I primi trattamenti sono stati eseguiti con acceleratori di particelle costruiti per la ricerca fisica, in particolare al Berkeley Radiation Laboratory nel 1954 e a Uppsala in Svezia nel 1957. Nel 1961, una collaborazione iniziata tra HCL e il Massachusetts General Hospital (MGH) permise di proseguire la terapia protonica.

Il primo centro di terapia protonica su base ospedaliera del mondo possedeva una ciclotrone ed era dedicato al trattamento dei tumori oculari. Esso iniziò i trattamenti nel 1989 presso Clatterbridge nel Regno Unito,^[7]^[8] seguito nel 1990 dal Loma Linda University Medical Center (LLUMC) a Loma Linda, California. Nel 2010 a questi impianti sono stati aggiunti altri sette centri di terapia protonica ospedalieri regionali negli Stati Uniti e molti altri in tutto il mondo.^[9]

In Europa il primo centro di protonterapia è stato attivato nel 1984 in Svizzera presso l'Istituto Paul Scherrer di Villigen nel Cantone Argovia. Dal 1991 in Francia, un centro di protonterapia è attivo presso un distaccamento dell'Istituto Curie situato all'interno del campus dell'Université Paris-Sud a Orsay, nella regione parigina.

In Italia esistono quattro centri di protonterapia oncologica:^[10]

il CNAO di Pavia istituito nel 2001;^[11]
il Centro di Protonterapia di Trento, operativo dal 22 ottobre 2014, dispone di due camere di trattamento, dotate di gantry, dedicate ai pazienti e di una camera ad uso sperimentale, con fascio fisso, dedicata alle attività di ricerca.^[12]
il CATANA (Centro di AdroTerapia ed Applicazioni Nucleari Avanzate) di Catania, attivo dal 2002 e specializzato nella cura dei tumori della regione oculare.^[13]
lo IEO Proton Center presso l'istituto Europeo di Oncologia di Milano, inaugurato a novembre 2023

Altri centri sono in costruzione.

Note

^ O. Jakel: State of the art in hadron therapy. AIP Conference Proceedings, vol. 958, no.1, 2007, pp. 70-77
^ "Zap! You're not dead." Economist, 8 September 2007. 384 (8545):13-14
^ ^a ^b James Metz, Differences Between Protons and X-rays, The Abramson Cancer Center of the University of Pennsylvania, 31 luglio 2006. URL consultato il 4 febbraio 2008 (archiviato dall'url originale il 17 dicembre 2008).
«the beam then stops, resulting in virtually no radiation to the tissue beyond the target- or no "exit dose"»
^ Camphausen KA, Lawrence RC. "Principles of Radiation Therapy" (archiviato dall'url originale il 15 maggio 2009). in Pazdur R, Wagman LD, Camphausen KA, Hoskins WJ (Eds) Cancer Management: A Multidisciplinary Approach (archiviato dall'url originale il 4 ottobre 2013).. 11 ed. 2008.
^ "Radiological Use of Fast Protons", R. R. Wilson, Radiology, 47:487-491 (1946)
^ Richard Wilson, "A Brief History of the Harvard University Cyclotrons", Harvard University Press, 2004, pp 9
^ PTCOG: Particle Therapy Co-Operative Group, su ptcog.web.psi.ch. URL consultato il 3 settembre 2009.
^ Particle therapy facilities in operation, su ptcog.ch, Particle Therapy Co-Operative Group, 27 agosto 2013. URL consultato il 1º settembre 2014.
^ Particle therapy facilities in operation, su ptcog.web.psi.ch, Particle Therapy Co-Operative Group. URL consultato il 27 aprile 2010.
^ Lotta ai tumori, Italia in pole position per la terapia con fascio di protoni, su Repubblica.it, 20 gennaio 2020. URL consultato il 22 gennaio 2020.
^ Il sito ufficiale del CNAO di Pavia, su cnao.it.
^ Centro di Protonterapia, Azienda Provinciale per i Servizi Sanitari, Provincia Autonoma di Trento..
^ Giovanni Caprara, I protoni che battono il tumore all’occhio, su Corriere della Sera. URL consultato il 22 gennaio 2020.

Bibliografia

R. Corvò, F. Grillo Ruggieri, P. Ricci, La Radioterapia Oncologica. Ruolo, Indicazioni, Evoluzione Tecnologica, Genova, Omicron Editrice, 2008. ISBN non esistente
Carlo Greco e Suzanne Wolden, Current status of radiotherapy with proton and light ion beams, in Cancer, vol. 109, n. 7, Wiley, 1º aprile 2007, pp. 1227–1238, DOI:10.1002/cncr.22542, ISSN 0008-543X (WC · ACNP), PMID 17326046.
Steven J. Frank e X. Ronald Zhu, Proton therapy: indications, techniques and outcomes, Philadelphia, PA, 2021, ISBN 978-0-323-73349-6, OCLC 1155053472.
Santosh Yajnik, Proton beam therapy: how protons are revolutionizing cancer treatment, New York, Springer Science+Business Media, 2013, ISBN 978-1-4614-5298-0, OCLC 895727893.
Proton and carbon ion therapy., [S.l.], CRC PRESS, 2020, ISBN 0-367-57666-X, OCLC 1156329764.
Harald Paganetti, Proton therapy physics, Boca Raton, FL, CRC Press/Taylor & Francis, 2012, ISBN 978-0-367-80355-1, OCLC 773363711.

Voci correlate

Altri progetti

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Collegamenti esterni

Filmato sul Centro di Protonterapia di Trento., su youtube.com
Centro di Protonterapia, APSS Trento.

Controllo di autorità	GND (DE) 4720970-7

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[Jakel-1] O. Jakel: State of the art in hadron therapy. AIP Conference Proceedings, vol. 958, no.1, 2007, pp. 70-77

[zap-2] "Zap! You're not dead." Economist, 8 September 2007. 384 (8545):13-14

[OncoLink_-_Cancer_Treatment_Information-3] James Metz, Differences Between Protons and X-rays, The Abramson Cancer Center of the University of Pennsylvania, 31 luglio 2006. URL consultato il 4 febbraio 2008 (archiviato dall'url originale il 17 dicembre 2008).
«the beam then stops, resulting in virtually no radiation to the tissue beyond the target- or no "exit dose"»

[4] Camphausen KA, Lawrence RC. "Principles of Radiation Therapy" (archiviato dall'url originale il 15 maggio 2009). in Pazdur R, Wagman LD, Camphausen KA, Hoskins WJ (Eds) Cancer Management: A Multidisciplinary Approach (archiviato dall'url originale il 4 ottobre 2013).. 11 ed. 2008.

[Wilson-5] "Radiological Use of Fast Protons", R. R. Wilson, Radiology, 47:487-491 (1946)

[6] Richard Wilson, "A Brief History of the Harvard University Cyclotrons", Harvard University Press, 2004, pp 9

[PTCOG-7] PTCOG: Particle Therapy Co-Operative Group, su ptcog.web.psi.ch. URL consultato il 3 settembre 2009.

[8] Particle therapy facilities in operation, su ptcog.ch, Particle Therapy Co-Operative Group, 27 agosto 2013. URL consultato il 1º settembre 2014.

[9] Particle therapy facilities in operation, su ptcog.web.psi.ch, Particle Therapy Co-Operative Group. URL consultato il 27 aprile 2010.

[10] Lotta ai tumori, Italia in pole position per la terapia con fascio di protoni, su Repubblica.it, 20 gennaio 2020. URL consultato il 22 gennaio 2020.

[11] Il sito ufficiale del CNAO di Pavia, su cnao.it.

[12] Centro di Protonterapia, Azienda Provinciale per i Servizi Sanitari, Provincia Autonoma di Trento..

[13] Giovanni Caprara, I protoni che battono il tumore all’occhio, su Corriere della Sera. URL consultato il 22 gennaio 2020.

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