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Adroterapia

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Sincrotrone

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Cos'è il sincrotrone

Il trattamento dei tumori tramite adroterapia presuppone l’utilizzo di un complesso acceleratore di particelle, detto sincrotrone, la cui funzione consiste nello scomporre gli atomi e nel creare fasci di particelle subatomiche (protoni e ioni carbonio) da indirizzare sulle cellule del tumore per distruggerle. 
La tecnologia del sincrotrone è analoga a quella utilizzata dal CERN di Ginevra, ma a differenza degli acceleratori dei laboratori di fisica, il sincrotrone stato progettato e realizzato ad hoc per il trattamento clinico di pazienti oncologici.

Il sincrotrone in dotazione al CNAO di Pavia è l’unico in Italia capace di estrarre dall’atomo anche gli ioni carbonio, che sono le particelle più potenti per il trattamento dei tumori resistenti alla tradizionale radioterapia o non operabili. Nel mondo esistono solo altri 5 centri in grado di farlo. 

Per farlo il sincrotrone utilizza una tecnologia analoga all’acceleratore di particelle del CERN di Ginevra. E’ stato realizzato principalmente con tecnologia italiana grazie alla collaborazione del CNAO con l’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN), dell’Università di Pavia, del CERN stesso, del GSI (Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung GmbH, Darmastadt, Germania) edelLPSC (Laboratoire de Physique Subatomique et de Cosmologie de Grenoble, Francia). Il sincrotrone del CNAO, a differenza degli acceleratori dei laboratori di fisica, è stato progettato e realizzato ad hocper il trattamento clinico dei pazienti.La costruzione del centro ha coinvolto 600 aziende di cui 500 italiane. La realizzazione dei singoli pezzi è stata affidata ad aziende specializzate, mentre il montaggio e l’avviamento sono stati effettuati dal personale del CNAO, in collaborazione con l’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, il Politecnico di Milano, l’Università di Pavia e il CERN.

Come lavora il sincrotrone

Il sincrotrone, che è collocato in un bunker di 1600 metri quadrati nel cuore della sede del CNAO a Pavia, ha la forma di un anello di 25 metri di diametro e 80 metri di circonferenza ed è isolato dal resto della struttura con schermature per le radiazioni in cemento armato che vanno dai 2 ai 6 metri di spessore. Queste schermature sono necessarie a proteggere i frequentatori del centro dal pericolo delle radiazioni.
In due differenti zone interne alla circonferenza si trovano due dispositivi chiamati “sorgenti”, da cui nascono i fasci di particelle necessari ad effettuare le sedute di adroterapia. All’interno delle sorgenti si trova il plasma formato dagli atomi dei gas, che hanno perso gli elettroni. Con campi magnetici e radiofrequenze, tali atomi vengono estratti e si selezionano i protoni e gli ioni di carbonio. Nascono allora i “pacchetti” di fasci composti, ognuno, da miliardi di particelle.
Questi pacchetti sono preaccelerati e inviati al sincrotrone dove, inizialmente, viaggiano a circa 30.000 chilometri al secondo. Successivamente sono accelerati fino ad energie cinetiche di 250 MeV per i protoni e 4800 MeV per gli ioni carbonio (il MeV, equivalente ad un milione di elettronvolt, è l’unità di energia utilizzata nei fenomeni su scala atomica e nucleare). Per raggiungere questa velocità percorrono circa 30.000 chilometri in mezzo secondo dopodiché vengono inviati nelle tre sale di trattamento.

Come viene irradiato il paziente

Il fascio che colpisce le cellule del tumore è un “pennello” che agisce con una precisione di 200 micrometri (due decimi di millimetro). Questa precisione è possibile grazie a:

  • una sorveglianza continua del paziente, tramite telecamere a infrarossi che misurano gli spostamenti tridimensionali;
  • due magneti di scansione che, sulla base delle indicazioni del sistema di monitoraggio dei fasci, muovono il “pennello” lungo la sagoma del tumore.

In questo modo sezione per sezione il tumore viene colpito: il passaggio da una sezione all’altra (più profonda) si ottiene aumentando l’energia del fascio.
L’intero irraggiamento dura pochi minuti e il numero delle sedute varia a seconda della patologia. Per i protoni in media 35 sedute e per gli ioni carbonio in media 16 sedute.

Come è nato il progetto del sincrotrone

Il progetto CNAO è stato “fatto in casa” con un approccio che ha permesso di risparmiare sui costi di realizzazione formando al tempo stesso alte competenze professionali: è un prototipo a cui molti si ispirano come modello da imitare. A livello internazionale sono quasi una decina i progetti che stanno cercando di ottenere le approvazioni e i finanziamenti e tutti guardano al CNAO come a un partner in grado di fornire supporto tecnico e medico per il raggiungimento dei loro obiettivi.
Queste iniziative portano evidenti vantaggi sia di immagine che di esportazione di competenze e tecnologie.

  • Azienda con sistema di gestione per la Qualità Certificata
  • Centro registrato in QuESTIO, la mappatura dei soggetti attivi nel campo della ricerca e dell'innovazione
  • Lombardia Life Sciences
  • ESTRO Institutional Member 2019