FISICA MEDICA

La medicina progredisce grazie anche agli sviluppi delle ricerche condotte in altre discipline, tra cui la fisica di base. Le tecnologie sviluppate per la fisica delle particelle sono, infatti, utilizzate con successo sia nella diagnostica sia nella terapia medica, e per lo studio e la produzione di nuovi farmaci. In particolare, la fisica degli acceleratori si è dimostrata cruciale per sviluppare terapie oncologiche contraddistinte da altissima precisione e basso impatto sui tessuti sani, come l’adroterapia con cui vengono curati migliaia di pazienti al mondo, e tecniche sperimentali come la BNCT (Boron Neutron Capture Therapy), o per la produzione di radiofarmaci.
In Italia abbiamo uno dei pochi centri al mondo dedicato all’adroterapia, che tratta i tumori utilizzando non solo fasci di protoni ma anche di ioni carbonio: è il CNAO – Centro Nazionale di Adroterapia Oncologica a Pavia. Il cuore del CNAO è a un acceleratore di particelle realizzato dall’INFN, che ha lavorato al progetto con le Sezioni di Genova, Milano, Pavia e Torino e i Laboratori Nazionali di Frascati, Legnaro e del Sud, e che tuttora è coinvolto in importanti progetti di ricerca e sviluppo tecnologico. L’adroterapia è una forma di radioterapia che sfrutta l’estrema precisione garantita dall’impiego dagli acceleratori di particelle sviluppati per la ricerca di base in fisica. Le cellule tumorali vengono irradiate con fasci di protoni o ioni di carbonio (adroni) emessi da un acceleratore di particelle. Con questo metodo si possono colpire i tumori senza danneggiare i tessuti circostanti, permettendo trattamenti di maggiore profondità e precisione rispetto ai sistemi tradizionali. Nelle sedute di radioterapia tradizionale, infatti, le cellule tumorali sono bombardate con un fascio di raggi x che “brucia” le cellule malate ma distrugge anche quelle circostanti. Al contrario, gli adroni sparati dal fascio dell’acceleratore rilasciano la maggior densità di energia direttamente sul bersaglio, proprio lì dove si trova il tumore, risparmiando i tessuti sani che lo circondano. Dal 2011, al CNAO, sono già stati trattati oltre 4800 pazienti.

A Catania, ai Laboratori Nazionali del Sud dell’INFN, è attivo dal 2002 CATANA, il primo centro di protonterapia in Italia per il trattamento del melanoma oculare, che utilizza il ciclotrone dei Laboratori e alla cui conduzione partecipa l’Azienda Ospedaliera Policlinico dell’Università degli Studi di Catania con le strutture di radiodiagnostica, radioterapia oncologica e clinica oculistica. CATANA è l’unico centro per il trattamento del melanoma oculare operativo in Italia, e uno tra i pochissimi in Europa. Dalla sua entrata in funzione sono stati trattati, con percentuali di successo vicine al 95%, oltre 500 pazienti provenienti da diverse regioni italiane. Inoltre, a Trento, il centro nazionale dell’INFN TIFPA, grazie alle sue competenze nell’ambito delle macchine per la terapia con protoni, ha contribuito in modo determinante alla nascita del centro di protonterapia della Regione Trentino-Alto Adige inaugurato nel 2015.

CNAO, Centro Nazionale di Adroterapia Oncologica a Pavia (© CNAO)

CATANA, CATANA, Centro di Adroterapia e Applicazioni Nucleari Avanzate (© INFN)

Ai Laboratori Nazionali di Legnaro dell’INFN, in provincia di Padova, si investe molto sullo sviluppo del progetto SPES, che contribuirà notevolmente alla ricerca nel campo della fisica interdisciplinare, attraverso l’impiego di un nuovissimo ciclotrone, in cui verranno accelerati protoni fino a energie pari a 70 MeV. In particolare, SPES sarà impiegato per lo sviluppo di nuovi radiofarmaci utili sia per la diagnosi sia per la terapia e aiuterà la ricerca nel campo della BNCT (Boron Neutron Capture Therapy), una terapia oncologica oggi sperimentale, che sfrutta la reazione nucleare tra fasci di neutroni di bassa energia con nuclei di boro-10 per distruggere le cellule tumorali.

Anche la diagnostica per immagini deve moltissimo alla fisica nucleare, che ha portato allo sviluppo della Tomografia Computerizzata (TC) e della prima applicazione pratica dell’antimateria con la Tomografia a Emissione di Positroni (PET). Inoltre, l’esperienza maturata nello sviluppo di algoritmi e software per l’analisi di immagini ha trovato applicazione in programmi di analisi automatica per le attività di screening soprattutto in campo oncologico, in cui l’INFN è coinvolto attraverso il progetto Health Big Data guidato da Alleanza Contro il Cancro (ACC), la rete oncologica nazionale fondata nel 2002 dal Ministero della Salute a cui l’INFN aderisce. A ciò si aggiunge il supercomputing, cruciale per lo sviluppo di progetti di medicina personalizzata, come ad esempio lo studio di gemelli digitali (digital twins) in campo biomedico.