Lo sviluppo tecnologico, verificatosi nell’ultimo secolo, ha permesso alla comunità scientifica di gestire in modo funzionale e semplice gli aspetti più reconditi della materia, giungendo fino alla manipolazione molecolare; quest’ultima dal punto di vista applicativo pone come limite soltanto la nostra fantasia.

Il XX secolo è stato caratterizzato dalla nascita di un nuovo modello scientifico che ha acquisito sempre più importanza nella fisica moderna; la meccanica quantistica. Questa nuova scienza è scaturita dall’esigenza di trovare un modello matematico applicabile ai sistemi nanometrici, poiché sperimentalmente, si è dimostrato che essi non seguono le stesse leggi dettate dalla fisica classica (Newtoniana). Tutto ciò, applicato alle moderne tecniche ingegneristiche, ha contribuito alla progettazione di acceleratori di particelle atti alla ricerca e alle sperimentazioni mediche. Le radiazioni più utilizzate oggi in "teleterapia‟ sono i quanti del campo elettromagnetico o "fotoni‟, ottenuti dai moderni acceleratori lineari detti "LINAC".

Il fascio di fotoni, dopo essere  stato morfologicamente manipolato attraverso un collimatore "multi lamellare" gestito da un computer, attraversa il corpo del paziente nella zona in cui è presente il tessuto tumorale  rilasciando parte della propria energia in modo  quasi esponenziale. L'energia efficace è circa il 30% dell'energia totale del fascio e giunge sotto forma di ionizzazioni di molecole provocando danni al DNA delle cellule cancerogene.  Per ovviare alla dispersione di energia i radioncologi hanno sviluppato sofisticate tecniche di irradiamento che, nel corso di una trentina di sessioni, illuminano il tumore da molte direzioni, anche non complanari. Con tale IMRT (Intensity Modulated Radiation Therapy) si riescono a risparmiare abbastanza bene i tessuti sani favorendo una qualità terapeutica migliore.

Negli ultimi decenni si sono diffuse altre tecniche antitumorali una di queste è l'adroterapia oncologica,  la quale sfrutta fasci di protoni detti, "adroni", ottenuti dalla ionizzazione di atomi d'idrogeno e carbonio.

Interazione particelle e materia

Un aspetto molto importante che prelude le tecniche terapeutiche antitumorali è l’interazione corpuscolo-materia, ossia il comportamento di una carica che attraversa un materiale; l’adroterapia e la radioterapia sfruttano il principio degli urti al fine di distruggere le cellule tumorali. Le cariche penetrano nel tessuto e collidono con le molecole cellulari, alterandone la struttura; queste mutazioni determinano la ”morte programmata” della cellula, apoptosi, oppure la necrosi cellulare, con la conseguente scomparsa della neoplasia. L’interazione fra particelle e materia è uno studio stocastico molto complesso, dal momento che non è possibile prevedere con assoluta certezza il comportamento di una particella all’interno di un corpo materiale; tuttavia si è ben in grado di conoscere l’andamento energetico con sufficiente precisione. All’interno del tessuto irradiato, le particelle si possono scontrare con gli atomi in due modi differenti: urto elastico (scattering) e urto anelastico. L’urto elastico consiste nell’interazione fra le particelle pesanti e il nucleo degli atomi con la caratteristica di mantenere l’energia del sistema costante. Questi tipi di scontri, tuttavia, rappresentano una minoranza, poiché il nucleo costituisce una piccola parte del volume atomico; molto più frequente, invece, è lo scontro con la nuvola elettronica, ossia l’interazione fra particelle ed elettroni, quest’ultima espressa dalla teoria dagli urti anelastici. In questo caso, l’energia meccanica è ceduta al sistema, secondo la formula di Bethe-Bloch.

Il grafico riportato in alto confronta l’andamento energetico di diverse particelle; raggi X, isotopi radioattivi ⁶⁰Co ed elettroni a 20 MeV rilasciano alte energie appena interagiscono con il mezzo ed in seguito continuano a cederne fino all’esaurimento. Gli ioni carbonio ed i protoni hanno un andamento differente: a basse profondità, il rilascio energetico è minimo e costante, in seguito cedono tutta l’energia posseduta in una zona localizzata del corpo, determinando così, un picco energetico, chiamato picco di Bragg.

Questa caratteristica rende le particelle pesanti, come protoni e ioni carbonio, adatte all’utilizzo terapeutico contro tumori profondi affiorati in zone anatomiche molto critiche; la possibilità di determinare l’emissione energetica con maggiore precisione, permette alla prototerapia di essere meno invasiva rispetto alla radioterapia tradizionale e costituisce una possibile soluzione per un numero sempre maggiore di neoplasie.

Analizzando l’efficacia radiobiologica si distingue un’importante differenza fra protoni a 200 MeV e ioni carbonio a 4800 MeV: i primi hanno un comportamento analogo ai raggi X dei trattamenti convenzionali; gli ioni che attraversano il nucleo cellulare, causano per lo più rotture singole del DNA (Single Strand Breaks), non costituendo un rilevante pericolo per la cellula, la quale è in grado di riparare i legami alterati. Diversamente a quanto accade con protoni e raggi X, gli ioni carbonio producono un maggior numero di rotture molecolari, soprattutto tra legami adiacenti (Double Strand Breaks); tali rotture comportano danni fatali per la cellula, poiché la sua capacità rigenerativa è limitata a piccole alterazioni genetiche. Da tali considerazioni si può affermare che gli ioni carbonio hanno una maggior efficacia radiobiologica, RBE (Radio Biological Effectiveness), espressa da un rapporto fra la dose di raggi X e di ioni, necessaria per ottenere un determinato effetto qualitativo.

Nel XX secolo, i radioterapisti determinarono che gli ioni ottimali sono rappresentati dagli elementi con numero atomico Z compreso fra 3 e 6, ovvero fra litio e carbonio.

Il Centro Nazionale di Adroterapia Oncologica - CNAO

In Italia, la Fondazione TERA, creata nel 1992 e riconosciuta dal Ministero della Salute nel 1994, si è posta come scopo principale la realizzazione del “Centro Nazionale di Adroterapia Oncologica” (CNAO), un centro duale equipaggiato con fasci di protoni e di ioni carbonio per il trattamento medico dei tumori, in particolare dei tumori radioresistenti, e per la ricerca clinica avanzata. Il progetto iniziale prevedeva la costruzione del CNAO presso l'Ospedale universitario di Novara tuttavia, a seguito del cambiamento dell'amministrazione comunale, esso venne abbandonato. Per sopperire a tale difficoltà nel 1996 fu costituito un Comitato Promotore con cinque grandi ospedali di Milano e Pavia allo scopo di costruire il CNAO nelle vicinanze dell'Abbazia di Mirasole.

La tecnologia del CNAO (Centro di Adroterapia Oncologica) è costituita da un insieme di macchine acceleratrici e linee di distribuzione frutto della ricerca sulla fisica delle alte energie e collaborazioni internazionali, tra cui l’ente svizzero CERN, il dipartimento tedesco GSI ed il laboratorio francese LPSC. La struttura è formata da un LINAC che confluisce in un “anello” di 80 metri, il sincrotrone, in grado di generare un’energia pari a 5 GeV.

Il dispositivo presenta alcune zone chiamate “sorgenti”, all’interno delle quali risiedono atomi di gas ionizzati che, attraverso campi magnetici e radiofrequenze, generano i fasci protonici necessari alla terapia. I “pacchetti” raggiungono una velocità di 30.000 km/s prima di essere accelerati fino a raggiungere un’energia cinetica di 250 MeV per i protoni e 4800 MeV per gli ioni carbonio; in seguito, i fasci sono convogliati nelle sale di trattamento, in cui un grande magnete di 150 tonnellate, li devia di 90°, dirigendoli sul paziente.

La precisione con cui si esegue la terapia è di 200 micrometri (2 decimi di millimetro), tale precisione è garantita da robot in grado di seguire e correggere eventuali movimenti del paziente, come l’espansione toracica, e da un costante monitoraggio tridimensionale, eseguito con la PET (tomografia a emissioni di positroni), della parte anatomica interessata.

Il nuovo centro di adroterapia oncologica rappresenta una speranza in più per tutte le persone intaccate da questa malattia, sia direttamente sia indirettamente. Per molti secoli, l’umanità è rimasta attonita di fronte alla morte oncologica poiché incapace di reagire ad una malattia di difficile comprensione. Le cause dell’insorgenza tumorale sono svariate ed incerte ma ancor più ignoto è l’aspetto terapeutico; negli ultimi decenni, nuove tecniche antitumorali si sono sviluppate a fianco dei metodi tradizionali: l’adroterapia è una di queste.

Essa pone le basi per un futuro migliore, sia per l’efficacia curativa sia per l’approccio etico. Le tecniche convenzionali, come la radioterapia e la chemioterapia, segnano profondamente la vita sociale del paziente, costretto a rinunciare alla vita per poter “vivere”. Quando le cure conducono a implicazioni tali da reprimere il benessere sociale e personale del paziente non distinguendo più tra ciò che è “patologico” e ciò che è “terapeutico”, allora è possibile affermare il fallimento della scienza medica. Da tale paradosso scaturisce una riflessione che porta l’uomo a interrogarsi sul vero significato della medicina e sull’obiettivo che essa si prefigge.

Noi tutti riponiamo grande fiducia nella scienza medica, considerandola la fautrice della nostra felicità nei momenti di malattia e dissesto; tuttavia, a volte, è la stessa medicina che si “accanisce” nei confronti del malato, perdendo di vista il vero significato della sua missione. Con questo non voglio denunciare le convenzionali cure tumorali, bensì spronare la ricerca al fine che esse diventino meno invasive, conciliando l’aspetto medico e quello etico e giungendo così, a una terapia “perfetta” che non conduca ad altre rinunce.

Sono consapevole che alla perfezione sarà difficile pervenire, se non impossibile, tuttavia mi sembra doveroso condividere il mio entusiasmo con tutti coloro che vivono di speranza e che cercano in essa, uno spiraglio di luce nel gelido buio della malattia.