Progetti di ricerca protonterapia e ioni carbonio Centro CNAO

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Progetti di ricerca e formazione

Fin dalla sua costituzione CNAO si è impegnato a prendere parte a progetti di ricerca e di formazione nazionali e internazionali.

Nel 2002 è stata creata la piattaforma ENLIGHT (European Network for Light Ion Hadron Therapy), un network di oltre 300 membri facenti di parte di 20 Paesi Europei, con lo scopo di mettere in relazione professionisti che, pur avendo specializzazioni diverse (clinici, fisici, biologi, ingegneri), sono accomunati da esperienze e interessi nelle terapie che prevedono l’uso di particelle.

Tra i progetti della piattaforma ENLIGHT, due sono quelli a cui ha preso parte CNAO:

1. PARTNER (Particle Training Network for European Radiotherapy)
2. ULICE (Union of Light Ion Centres in Europe)

A questi si aggiungono i progetti Horizon 2020:

1. MEDICIS – PROMED (si è concluso nel 2019 con il completamento della ricerca del giovane ricercatore ESR che ha sviluppato un tool GPU per ricalcoli di dose fisica e biologica, i cui risultati originali sono contenuti nella tesi di dottorato discussa a gennaio 2020)
2. OMA (Optimization of Medical Accelerators si è concluso il 31 gennaio 2020 con la discussione della tesi di dottorato in Ingegneria del giovane ricercatore che ha svolto con successo la sua attività di ricerca in CNAO nel gruppo dei Sistemi di Controllo)

In entrambi i progetti CNAO ha svolto un ruolo attivo di promotore.

Infine, CNAO è promotore di due progetti di sviluppo operativo regionale: OTERO e INSPIRIT.

OTERO si è concluso nel giugno 2019, con la completa e soddisfacente realizzazione del sequenziatore, un dispositivo in grado di ridurre i tempi di erogazione del fascio adroterapico e della dose fisica, che ha una facile intercambiabilità con l’impianto esistente e permette di sviluppare ulteriormente l’acceleratore fornendo i meccanismi di ottimizzazione richiesti. La collaborazione con l’INFN all’interno di OTERO ha consentito di contribuire alla strumentazione a disposizione della linea di ricerca sperimentale al CNAO con un dispositivo (Dose Profiler) atto a misurare il profilo di dose rilasciata in un volume da irraggiare. Il Dose Profiler può essere ulteriormente ottimizzato dal punto di vista dell’ingegnerizzazione in vista di un possibile trasferimento tecnologico.

INSPIRIT è un progetto coordinato da CNAO, presentato a marzo 2019 nell’ambito della Call “HUB Ricerca e Innovazione” all’interno del Programma Operativo Regionale di Regione Lombardia 2014-2020, e ammesso al finanziamento con decreto del 6 ottobre 2019.

HITRIplus - Heavy Ion Therapy Research Integration plus has gathered a consortium engaging all relevant stakeholders and for the first time bringing together all four European ion therapy centres with leading EU industries, academia, and research laboratories. They all share the ambition to jointly build a strong
pan-European Heavy Ion Therapy Research Community.

The goal of Heavy Ion Therapy Research Integration plus (HITRIplus) is to integrate and propel biophysics and medical research on cancer treatment with heavy ions beams while jointly developing its sophisticated instruments.

Cancer is a central health problem for our society. Heavy ion beams irradiate tumours by focussing on the ill tissue while sparing the healthy part around, more effectively than any other irradiation treatment. The wider objective of HITRIplus is to provide radiation oncologists with a cutting-edge tool to treat the fraction of tumours that are not curable with X-rays or protons or have better survival rates or lower recurrences with ions.
For this major initiative, HITRIplus has gathered a consortium engaging all relevant stakeholders and for the first time bringing together all four European ion therapy centres with leading EU industries, academia, and research laboratories. They all share the ambition to jointly build a strong pan-European Heavy Ion Therapy Research Community. A strategic partner is the South East European International Institute for Sustainable Technologies, which federates eight countries in South East Europe with the ambition to build a next generation heavy ion Research Infrastructure in the area, to boost research and cooperation in a region trying to rebuild after a troubled past.

HITRIplus Transnational Access will integrate and open to external researchers the experimental programme of the five European facilities providing therapeutic ion beams. Its Networks will structure and foster the research on heavy ion therapy, including clinical and pre-clinical research. Joint Research Activities will develop new accelerator and beam delivery technologies to extend the reach of the present generation centres and to define a new European reference design, at lower cost and dimensions, to make cancer ion therapy more accessible and to open new markets to European industry.

HITRIplus list of participants

HITRIplus Work packages organization

wp2.2

HITRIplus project description VISIT HITRIPLUS SHOWCASE WEBSITE

PROGETTO INSPIRIT

Il progetto INSPIRIT prevede l’implementazione della facility di irraggiamento di CNAO, dotandola di una sorgente innovativa in grado di produrre nuove specie ioniche, come ossigeno, elio e litio, che verranno accelerati dal sincrotrone, indirizzati nella sala sperimentale e resi disponibili per attività sia di ricerca che clinica.

Il progetto coinvolge un Organismo di Ricerca, INFN, con le Sezioni di Pavia e Catania, e la PMI HiFuture e si pone come obiettivo a lungo termine di dotare il territorio lombardo di un’adeguata struttura di ricerca. Questa rappresenterà un’unica opportunità europea per ricerca sperimentale e industriale in fisica nucleare, delle particelle, fisica atomica, del plasma e antimateria, radiation hardness per microelettronica, aerospazio e spettrometria, biologia e scienze biomediche.

Al contempo, nell’ambito del finanziamento ottenuto, verrà implementata l’infrastruttura dedicata alla ricerca (le facilities di laboratorio e di preparazione) al fine di adeguarla all’uso di un maggior numero di utenti. INSPIRIT amplierà quindi la potenzialità di CNAO in campo di ricerca, con obiettivo a più lungo termine di introdurre nella pratica clinica nuove specie ioniche per il trattamento dei tumori.

La disponibilità di tali fasci permette la personalizzazione della terapia: un piano di trattamento che massimizzi l’efficacia terapeutica a seconda delle caratteristiche del tumore e del paziente stesso. Il contemporaneo utilizzo della macchina sia per i trattamenti adroterapici, sia per attività di ricerca clinica e industriale rappresenterà un notevole passo in avanti per il complesso di acceleratori di CNAO, che costituisce lo stato dell’arte nel suo settore e si configura come un significativo esempio di innovazione di servizio.

PROGETTO PARTNER

Il progetto, partito nel 2008 per una durata di 4 anni, è stato costituito con la finalità di svolgere ricerche sulle terapie ioniche e migliorare la formazione dei professionisti convolti nell’emergente ascesa dell’adroterapia.

L’obiettivo del progetto era rappresentato dalla formazione di ricercatori, provenienti da vari paesi, volti a migliorare l’efficienza della terapia con ioni per il trattamento del cancro.
CNAO, in qualità di aderente al progetto, ha ospitato 2 radioterapisti provenienti dall’India e da Singapore e un fisico proveniente dalla Colombia.

In particolare, i radioterapisti si sono occupati degli aspetti clinici dell’adroterapia, dell’identificazione di nuovi studi clinici e di individuare nuove potenziali indicazioni dell’adroterapia sulla base dei dati epidemiologici.

Il fisico è stato coinvolto nella progettazione di un innovativo gantry per gli ioni carbonio in collaborazione con il gruppo di ULICE.

PROGETTO ULICE

Partito nel 2009 con una durata complessiva di 4 anni, il progetto, coordinato da CNAO, è stato costituito da 20 primari centri di ricerca europei per rispondere alla necessità di un maggiore accesso alle strutture ricerca sulle terapie con particelle.

Il progetto era basato su tre pilastri:

attività di ricerca congiunta - focalizzata sullo sviluppo di nuovi strumenti e protocolli: progettazione di un gantry, miglioramento della somministrazione della dose in 4D, piano di cura adattivo, meccanismi di selezione dei pazienti in tutta la Comunità Europea, sviluppo di un database di specifici tumori che possono essere trattati al meglio utilizzando gli ioni carbonio.
Networking – migliorare la collaborazione tra le strutture e le comunità di ricerca che intendono lavorare con i centri di ricerca.
Accesso transnazionale – grazie a programmi di sperimentazione clinica per consentire ai ricercatori di accedere alle strutture ed eseguire sperimentazioni.

L’obiettivo era quello di “aprire” i centri di adroterapia attivi in Europa alla comunità scientifica, mettendo loro a disposizione risorse e strutture al fine di diffondere una tecnica innovativa per il trattamento dei tumori.

Oltre al coordinamento generale, il CNAO è stato responsabile del coordinamento della ricerca e dello sviluppo di un gantry innovativo per ioni, della sensibilizzazione e dell'informazione delle autorità locali ed europee in materia di adroterapia, della definizione di procedure per la standardizzazione dei protocolli che facilitano l'accesso agli impianti di adroterapia e al confronto dei risultati della ricerca.

Per maggiori dettagli sui progetti si rimanda al sito http://enlight.web.cern.ch/

Nell’ambito del programma europeo Horizon 2020, finalizzato alla ricerca e all’innovazione, CNAO è beneficiario di due progetti.

PROGETTO MEDICIS-PROMED (coordinatore del progetto: CERN di Ginevra)

Progetto MEDICIS-PROMED Il progetto, partito nel 2015 e con una durata di 4 anni, ha come obiettivo quello di formare una nuova generazione di 15 scienziati imprenditoriali in grado di diffondere le diverse competenze tra istituti privati e ospedalieri con lo scopo di commercializzare rapidamente nuove attrezzature e radio farmaci per il trattamento di patologie oncologiche.

Lo scopo principale di questo progetto è fornire una vasta gamma di radioisotopi, alcuni dei quali possono essere prodotti solo al CERN, destinati ad applicazioni in ospedali e centri di ricerca europei, oppure per eseguire trattamenti di adroterapia utilizzando la PET imaging con ioni carbonio. I radioisotopi sono già ampiamente utilizzati dalla comunità medica per l'imaging, la diagnosi e la radioterapia. Tuttavia, molti non combinano le proprietà fisiche e chimiche più appropriate e, in alcuni casi, un diverso tipo di radiazione potrebbe essere più adatto.

A partire dal novembre 2015 un fisico Coreano è stato reclutato al CNAO per occuparsi di una ricerca avente come obiettivo il trattamento di adroterapia personalizzata con 11C PET.

PROGETTO OMA (coordinatore del progetto: Università di Liverpool)

Il progetto è partito nel 2016, ha una durata di 4 anni, è coordinato dall’Università di Liverpool e CNAO è uno dei 14 beneficiari.

Il progetto unisce università, centri di ricerca, strutture che dispongono di fasci di ioni ai partner industriali con l’obiettivo di formare 15 giovani ricercatori sia nello sviluppo di tecnologie avanzate sia nell’applicazione di tecniche innovative di imaging.

Nell’ambito di questo progetto sono stati attivati 2 programmi di ricerca e formazione e i due studenti, inclusi nel programma di dottorato dell’Università di Pavia, Dipartimento di Bioingegneria, stanno ottenendo i primi risultati delle loro attività di ricerca presso CNAO, in particolare per il tracciamento del tumore in 4D e per lo sviluppo di un sistema di scambio dati in un acceleratore di ioni per uso medico.

PROGETTO OTERO

Progetto promosso da CNAO in collaborazione con INFN della durata di 20 mesi e attivato nel marzo 2017.

OTERO ha come obiettivo la realizzazione di un prototipo di sequenziatore, che verrà realizzato, testato a banco, installato e verificato sulla linea di fascio sperimentale e consentirà di ridurre i tempi di erogazione del fascio adroterapico e della dose fisica. Contestualmente la sincronizzazione della trasmissione di informazioni ridurrà i tempi morti tra un trattamento e il successivo e, altresì, garantirà la possibilità di erogare fascio nella sala sperimentale (attraverso la linea di fascio dedicata). La disponibilità di una linea di fascio per la ricerca, implementata del nuovo sequenziatore, consentirà ai ricercatori italiani e stranieri di poter irraggiare campioni cellulari, tessuti, piccoli animali, schede di elettronica, nuovi tipi di rivelatori per la fisica delle particelle, per l’adroterapia, per il monitoraggio on line della distribuzione di dose, per i dispositivi di misura per l’imaging con adroni.