Radio e Adro Terapia
Chirurgia, chemioterapia e radioterapia convenzionale (RT) possono intervenire solo nel 65% dei casi, lasciando un numero importante di pazienti con tumori non trattabili, vicini ad organi a rischio e/o radio-resistenti, senza un’adeguata terapia in grado di allungare l’aspettativa di vita del paziente e migliorarne la qualità.
L’ irraggiamento con particelle cariche quali protoni o ioni carbonio (Adroterapia, PT), è una tecnica oncologica per il trattamento dei tumori solidi localizzati altrimenti intrattabili con RT perché radio-resistenti o troppo vicini ad organi a rischio.
Nella PT, ormai sempre più diffusa nel mondo specie per il trattamento di tumori pediatrici, la conoscenza della produzione di neutroni secondari è ancora molto approssimativa, nonostante la dose addizionale veicolata dai neutroni sia particolarmente dannosa poiché veicolo di rilasci di energia anche in zone lontane dal volume irraggiato (in- and out- of field). Il rivelatore MONDO è un tracciatore a fibre scintillanti, ad oggi in costruzione dedicato alla caratterizzazione (in termini di energia e direzione) dei neutroni secondari prodotti in PT. Il primo sensore al silicio – SBAM1 – che permette di leggere fibre scintillanti con un readout compatto \`e stato realizzato nel 2019 in collaborazione con FBK ed è il punto di partenza per la realizzazione di un readout ottimizzato, SBAM2.
La RT convenzionale, ad oggi capillarmente diffusa, potrebbe cambiare in modo sostanziale: è stato dimostrato che la somministrazione di una determinata dose in un lasso di tempo molto ristretto aumenta l’efficacia del trattamento, riducendo il danno ai tessuti sani e limitando l’insorgenza di effetti collaterali come tumori secondari. Questo fenomeno viene chiamato effetto Flash.
Il Progetto FlashDC – Flash Dosimeter Counter – si colloca nell’ambito della ricerca per la Scienza della Vita. In particolare, FlashDC si prefigge di sperimentare l’efficacia ed i benefici dell’applicazione di un elevato rateo di dose sulle cellule tumorali sviluppando un rivelatore innovativo per il monitoring e la caratterizzazione dei fasci di elettroni in modalità Flash basato sulla tecnica di rivelazione della fluorescenza. Ad oggi lo sviluppo di strumenti che permettono di eseguire il monitor di fasci Flash rappresenta il maggior ostacolo allo sviluppo di questa tecnologia.
Per il filone di ricerca dedicato alla PT:
1.Continuare gli studi e lo sviluppo del rivelatore MONDO dedicato alla misura di neutroni.
2.Procedere con misure di neutroni secondari per diversi fasci e bersagli di interesse per la PT per la misura di sezioni d’urto di doppio differenziali con diversi rivelatori.
3.Implementazione di cristalli scintillanti in modalità phoswitch (per Particle Identification)
Nell’ambito dell’applicazione alla RT in modalità Flash si intende procedere con le seguenti attività:
1.Misure a fasci di elettroni erogati in modalità flash con il detector realizzato. Caratterizzazione dei segnali. Produzione e l’assemblaggio di prototipi ottimizzati con apportate le modifiche necessarie in termini di foto- rivelatore, elettronica e ottica. Ciò dovrà consentire misurazioni sul fascio (per la garanzia della qualità). Sviluppo di un sistema ottimizzato: sulla base dei risultati ottenuti si vuole disegnare ed implementare un sistema di beam monitor commercializzabile e utilizzabile in ambiente clinico.
2.Analisi dei dati raccolti e caratterizzazione del detector in termini di risoluzioni nella misura dei parametri di interesse. I prototipi e i rivelatori ottimizzati verranno dunque testati in laboratorio e presso fasci terapeutici al fine di verificarne il corretto funzionamento, di evidenziarne i punti di forza e di mettere in luce gli eventuali elementi critici.
3.Valutazione tramite lo sviluppo di una simulazione Monte Carlo delle caratteristiche del detector in via di sviluppo, valutazione del segnale e dei fondi attesi.
– Kraan, A.C., et al., Charge identification of nuclear fragments with the FOOT Time-Of-Flight system (2021) 1001, art. no. 165206, DOI: 10.1016/j.nima.2021.165206
– Toppi, M., et al., I. PAPRICA: The Pair Production Imaging Chamber—Proof of Principle (2021) 9, art. no. 568139, DOI: 10.3389/fphy.2021.568139
– Fiorina, E., et al. Detection of Interfractional Morphological Changes in Proton Therapy: A Simulation and In Vivo Study With the INSIDE In-Beam PET (2021) 8, art. no. 578388, DOI: 10.3389/fphy.2020.578388
– Fischetti, M., et al. Inter-fractional monitoring of 12 C ions treatments: results from a clinical trial at the CNAO facility (2020) 10 (1), art. no. 20735, DOI: 10.1038/s41598-020-77843-z
– Toppi, M.,et al. The MONDO Tracker: Characterisation and Study of Secondary Ultrafast Neutrons Production in Carbon Ion Radiotherapy (2020) 8, art. no. 567990, DOI: 10.3389/fphy.2020.567990
– Alunni Solestizi, et al. Feasibility study on the use of CMOS sensors as detectors in radioguided surgery with ??- emitters (2020) 165, art. no. 109347, DOI: 10.1016/j.apradiso.2020.109347
– Simoni, M.De., et al. FRED: A fast Monte Carlo code on GPU for quality control in Particle Therapy (2020) 1548 (1), art. no. 012020, DOI: 10.1088/1742-6596/1548/1/012020
– Gioscio, E., et al. Development of a novel neutron tracker for the characterisation of secondary neutrons emitted in Particle Therapy (2020) 958, art. no. 162862, DOI: 10.1016/j.nima.2019.162862
– Mattei, I., Charged particles and neutron trackers: Applications to particle therapy (2020) 954, art. no. 161229, DOI: 10.1016/j.nima.2018.09.064
– Mirabelli, R., et al. Tops project: Development of new fast timing plastic scintillators (2020) 43 (1), art. no. A17, DOI: 10.1393/ncc/i2020-20017-4
– Traini, G., et al. Performance of the ToF detectors in the foot experiment (2020) 43 (1), art. no. A16, . DOI: 10.1393/ncc/i2020-20016-5
SIT Sordina – Aprilia (LT), Italia
Istituto Curie – Paris, France
CNAO – Pavia, Italia
GSI – Darmstadt, Germania
APPS – Trento, Italia
FBK – Trento, Italia
Dipartimento SBAI – Università di Roma‚ La Sapienza.
Prof. Vincenzo Patera, Prof. Alessio Sarti, Prof. Adalberto Sciubba, Dott. Marco Toppi Dottorandi: Antonio Trigilio e Angelica De Gregorio
Istituto Nucleare di Fisica Nucleare (INFN) Dott. Giacomo Traini