(Intensity Modulated Proton Linear Accelerator for RadioTherapy)
L’Istituto Regina Elena si è sempre impegnato con successo nella ricerca e sviluppo, anche dal punto di vista tecnologico, della radioterapia.
Il ruolo peculiare dell’IRE nel progetto denominato IMPLANT, basato sull’esperienza maturata dal 1932, è quello di studiare e realizzare le metodiche che consentono l’utilizzo migliore di fasci di protoni nella pratica clinica.
Infatti non è sufficiente costruire una macchina che produca fasci di protoni per effettuare radioterapia sui pazienti ma è necessario supportare la tecnologia con il sapere clinico.
La radioterapia si basa sull’invio di fasci di radiazione su di un bersaglio tumorale al fine di necrotizzarlo. Quella convenzionale usa elettroni o raggi gamma, mentre la protonterapia è una radioterapia avanzata in cui si usano protoni. Essa appartiene al più vasto campo dell’adroterapia, nella quale sono impiegati sia protoni, sia ioni. Il vantaggio dell’impiego dei protoni risiede nella loro selettività spaziale che consente di ottenere una radioterapia altamente conformazionale consentendo di irradiare meno i tessuti sani, e fornendo una “dose integrale” ai tessuti inferiore rispetto a quella che viene erogata anche con le più avanzate tecniche di radioterapia convenzionale (RT stereotassica, IMRT).
La protonterapia è una radioterapia usata ormai da diversi anni nei Paesi più industrializzati per alcune patologie come il melanoma uveale e i tumori della base cranica e della colonna vertebrale (cordomi, sarcomi e meningiomi), ma presenta riconosciuti vantaggi anche in numerosi altri casi, come quelli della prostata, polmone, fegato, esofago e distretto cervico-cefalico, in cui la malattia è ben definita e prossima ad organi critici (cioè radiosensibili e soprattutto sani, per cui non devono essere irraggiati). La distribuzione delle profondità medie delle patologie di interesse da alcuni centimetri fino a 26 cm corrispondenti a patologie del distretto testa-collo ed addominale, rispettivamente. Da tale distribuzione si evince che l’impiego di un acceleratore per protonterapia con due energie 140 e 250 MeV circa consente di trattare tutte le lesioni.
Inoltre, particolare interesse riveste l’impiego dei protoni nelle neoplasie pediatriche, dove è fondamentale il risparmio dei tessuti sani.
Nel mondo, dopo gli importanti lavori ad Harvard (Mass. USA) e in Russia, negli ultimi anni sono stati costruiti vari centri di protonterapia e di adroterapia, e sono sinora stati trattati circa 45.000 pazienti di cui circa il 90% con protoni, con risultati superiori alle metodiche convenzionali. Nel 1990 fu inaugurato all’ospedale di Loma Linda in California il primo centro dedicato alla protonterapia. Attualmente, al di fuori dell’Italia, sono in funzione 5 centri di adroterapia (protoni o ioni) in Giappone, 4 negli USA, 3 in Russia, 2 in Francia, 2 in Germania, 1 in Svizzera, 1 nel Regno Unito, 1 in Svezia e 1 in Sud Africa.
Altri centri sono stati approvati o in fase di realizzazione: in Svizzera, 2 negli USA, in Corea, 2 in Germania, in Austria, in Cina.
In Italia si pratica per alcune settimane all’anno la terapia del melanoma oculare a Catania presso i Laboratori del Sud dell’INFN, in quanto tale macchina non è una macchina dedicata ma è generalmente utilizzata per esperimenti di fisica nucleare. Recentemente è stato approvata la costruzione di un centro dedicato alla terapia con ioni e protoni presso Pavia (CNAO) che dovrebbe entrare in funzione nel 2008.
Progetto IMPLART
Il progetto IMPLART (acronimo di Intensity Modulated Proton Linear Accelerator for RadioTherapy) è estremamente complesso e le competenze dei tre enti ENEA, ISS e IFO coinvolti nella sua realizzazione sono necessarie per un successo dell’impresa, non solo per la qualità generica delle conoscenze proprie degli enti stessi, ma soprattutto per le conoscenze e competenze acquisite negli anni di studio del problema dapprima durante la partecipazione alla Collaborazione Adroterapia (dal 1993-1997) guidata dalla fondazione adroterapia oncologica TERA, e successivamente durante il Progetto TOP (1997-2005), e le successive collaborazioni.
Il progetto IMPLART è caratterizzato da un’alta innovazione tecnologica in quanto già per le sue caratteristiche costruttive consente di effettuare la tecnica di radioterapia con fasci di protoni ad intensità modulata (IMPT), inoltre si basa su tecniche di irradiazione con fasci fissi, con un notevole risparmio del costo dell’impianto. Tale “facility” prevede appositamente una sala per lo studio della radiobiologia dei tumori per l’ottimizzazione dei nuovi protocolli sperimentali con ipofrazionamenti della dose (che è una tecnica basata sulla riduzione del numero di frazioni per paziente, sfruttando alcune caratteristiche delle cellule tumorali e del loro ambiente, che permetteranno uno sfruttamento ottimale di questo tipo di apparato).
Il progetto prevede la realizzazione di un impianto di protonterapia dotato di un acceleratore lineare di protoni altamente innovativo denominato IMPLART. L’impianto è innovativo per molti aspetti. L’acceleratore IMPLART, si presenta come un apparato di seconda generazione è progettato per produrre un fascio di protoni emesso ad impulsi ad alta frequenza di ripetizione (200 Hz), e per potere cambiare le caratteristiche del fascio da impulso ad impulso e in particolare modularne la posizione, l’energia e la dose. In tal modo il bersaglio tumorale potrà essere colpito dalle radiazioni di protoni per “voxels”. Cioè si potrà spedire ogni impulso della macchina in una posizione specifica del volume bersaglio, attribuendone una dose specifica, e risparmiando, così al massimo grado i tessuti circostanti sani. Questa innovazione consente una ulteriore semplificazione dell’impianto che si distingue dagli impianti convenzionali di protonterapia, dove l’indirizzamento del fascio al paziente avviene tramite un sistema magnetico montato su un enorme supporto rotante, di circa 10 m di diametro, molto costoso e invasivo anche dal punto di vista edile. Ogni sforzo è stato fatto per contenere gli spazi e dunque i costi sia di realizzazione sia di manutenzione.
