7 – Terapia con Adroni

Corso di laurea in Fisica A.A. 2007-2008

Fisica Medica

7 – Terapia con Adroni

Adroterapia

Adroterapia (terapia con (terapia con adroni adroni ) )

1. Protoni

2. Ioni carbonio

3. BNCT (Boron Neutron Capture Therapy)

Adroterapia

Adroterapia (terapia con (terapia con adroni adroni ) )

I raggi X rilasciano soltanto parte dell'energia sul tumore.

Coinvolgono anche i tessuti sani.

La dose non può essere pertanto elevata.

Per aumentarla, si usano molti fasci di raggi X incrociati.

Un fascio di adroni carico rilascia la maggior parte della sua energia distruttiva (in rosso) sul bersaglio.

La dose al tumore può essere quindi molto elevata.

I tessuti sani vengono risparmiati.

Indicata per:

•tumori localizzati nella base cranica

•sul fondo dell'occhio

•lungo la colonna vertebrale.

Più recentemente:

i tumori pediatrici, sistema nervoso centrale, prostata,

fegato, apparato gastroenterico, polmone.

Il picco di

Il picco di Bragg Bragg

I protoni rilasciano il massimo della dose a fine percorso (picco di Bragg)

Selettività = meno danni ai tessuti sani circostanti rispetto ai raggi X.

Uno ione carbonio rilascia, in ogni cellula traversata, un’energia circa 24

volte maggiore rispetto al protone.

Terapia con protoni Terapia con protoni

Protonterapia: "ciclotroni" di 3-4 metri di diametro; 200 MeV

Terapia con protoni Terapia con protoni

oppure "sincrotroni" di 6-8 metri di diametro

Terapia con ioni carbonio Terapia con ioni carbonio

Si impiegano "sincrotroni" di 20-25 metri; 4700 MeV

Adroterapia

Adroterapia : dove? : dove?

Tutti i centri di adroterapia fanno parte del Particle Therapy Co- Operation Group (PTCOG). (http://ptcog.web.psi.ch)

In Italia dal 2001 i Laboratori Nazionali del Sud dell'INFN

(Progetto CÁTANA) hanno messo in funzione un fascio di protoni da 62 MeV con cui sono trattati melanomi oculari e altri tumori

poco profondi. (http://www.lns.infn.it/catanaweb/catana)

E’ in sviluppo il Centro Nazionale di Adroterapia Oncologica

(CNAO) per la terapia di tumori profondi con protoni e ioni

carbonio. (http://www.tera.it)

BNCT BNCT

Terapia del cancro per Cattura

Terapia del cancro per Cattura Neutronica Neutronica del Boro del Boro

E’ una terapia bimodale:

1. Composti contenenti ¹⁰ B vengono iniettati nel paziente e assorbiti selettivamente dal tumore,.

2. Il tumore viene irraggiato con neutroni termici o epitermici.

Un atomo di ¹⁰ B “cattura” un neutrone e avviene la reazione:

94%: ¹⁰ B + n → ⁴ He + ⁷ Li + 2.79 MeV

BNCT BNCT

Terapia del cancro per Cattura

Terapia del cancro per Cattura Neutronica Neutronica del Boro del Boro

10 B + ¹ n → ⁴ He + ⁷ Li + γ

=2.31MeV

~ 5 µm

~ 9 µm

BNCT BNCT

Terapia del cancro per Cattura

Terapia del cancro per Cattura Neutronica Neutronica del Boro del Boro

Perché usare la BNCT?

Perché usare la BNCT?

Tumori letali, non operabili e radioresistenti:

• Tumori cerebrali:

Glioblastoma multiforme (GBM) Astrocitoma gr. IV

• Alcuni tipi di melanoma

• Metastasi diffuse e localizzate in un solo organo

(es.: tumore primario al colon può dare recidiva metastatica

al solo fegato)

La BNCT in Italia La BNCT in Italia

PISA

FIRENZE PERUGIA

ROMA 1 – ROMA 2 - ISS ENEA - BOLOGNA

MILANO

ENEA – CASACCIA

(tumori cerebrali: GBM)

TORINO

(?)

INFN – LEGNARO

(melanoma)

PAVIA: UniPV -

H. S.Matteo – INFN

(organi espiantati)

unità di ricerca

centri di trattamento (in fase di realizzazione)

esperimento realizzato

PAVIA:

PAVIA: TAOrMINA (T. Pinelli - A. Zonta)

1-2: il fegato viene espiantato

3-5: irraggiamento

6: reimpianto

19 dicembre 2001

1-6: 21h!

PAVIA PAVIA

Pavia, Lena (Triga Mark Reactor) Culla per l’irraggiamento

ENEA:

ENEA: C.R. C.R. Casaccia (Bracciano) Casaccia (Bracciano)

ENEA:

ENEA: C.R. C.R. Casaccia (Bracciano) Casaccia (Bracciano)

ENEA:

ENEA: C.R. C.R. Casaccia (Bracciano) Casaccia (Bracciano)

Scopo

Scopo della della ricerca ricerca

Sviluppare tecniche tomografiche per studiare:

• la biodistribuzione di composti contenenti ¹⁰ B

• la loro farmacocinetica

Problemi Problemi

• ¹⁰ B non è un emettitore naturale

Dal punto di vista NMR:

• Bassa concentrazione

• Forte momento di quadrupolo (linea molto larga)

• Tempo di rilassamento spin-spin T ₂ molto corto

Imaging

Imaging Indiretto Indiretto del BSH del BSH

B-H H2O

Gande numero di atomi di ¹ H delle molecole di acqua libera.

Ratio: #H _F.W. /#H _B ≈10 ⁵ -10 ⁶

The physical basis:

The physical basis:

Spin Echo amplitude modulation Spin Echo amplitude modulation

Segnale generato da tutti i protoni

Segnale generato solo da protoni non accoppiati al

B

La differenza è proporzionale al numero di protoni accoppiati al

B,

e pertanto alla concentrazione del

10

B stesso

(B) NMR double resonance of BSH PR, 100 projections TR=180 ms

n

=400 τ =1.05 ms

∆ν =449.5 Hz no slice selection T

= 120 min (A) T

image

TR=1.1s n

=2

∆r

= 2 mm G = 25 mT/m FOV = 5 cm

(C) Superposition of (A) and (B)

BSH concentrates in the tumour

Image of a rat brain with a C6 tumour induced