Terapia protonica - Proton therapy

Terapia protonica
Apparecchiature per protonterapia presso la Mayo Clinic di Rochester, Minnesota
Altri nomi	Terapia con fascio di protoni
ICD-10-PCS	Z92.3
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Nel campo delle cure mediche, la terapia protonica , o radioterapia protonica , è un tipo di terapia con particelle che utilizza un fascio di protoni per irradiare il tessuto malato , il più delle volte per curare il cancro . Il vantaggio principale della terapia protonica rispetto ad altri tipi di radioterapia a fasci esterni (ad es. radioterapia o terapia fotonica) è che la dose di protoni viene depositata su un intervallo ristretto di profondità, il che si traduce in una minima dose di ingresso, uscita o radiazione diffusa ai tessuti sani vicini.

Quando si valuta se trattare un tumore con la terapia fotonica o protonica, i medici possono scegliere la terapia protonica se è importante fornire una dose di radiazioni più elevata ai tessuti mirati, riducendo significativamente le radiazioni agli organi vicini a rischio. L' American Society for Radiation Oncology Model Policy for Proton Beam therapy afferma che la terapia protonica è considerata ragionevole nei casi in cui il risparmio del tessuto normale circostante "non può essere adeguatamente raggiunto con la radioterapia a base di fotoni" e può avvantaggiare il paziente. Come la radioterapia con fotoni, la terapia con protoni viene spesso utilizzata in combinazione con la chirurgia e/o la chemioterapia per trattare in modo più efficace il cancro.

Descrizione

In un piano di trattamento tipico per terapia protonica, la diffusione fuori picco di Bragg (SOBP, linea tratteggiata blu) mostra come è distribuita la radiazione. Il SOBP è la somma di diversi picchi di Bragg individuali (sottili linee blu) a profondità sfalsate. Si noti che la stragrande maggioranza della radiazione protonica viene erogata al tumore, non alla pelle e ai tessuti superficiali davanti al tumore o ai tessuti profondi dietro il tumore. La linea rossa mostra il grafico della dose di profondità di un raggio di raggi X (fotoni o radioterapia convenzionale) per il confronto. L'area rosa rappresenta dosi aggiuntive di radioterapia a raggi X davanti e dietro il tumore, che possono danneggiare i tessuti normali e causare tumori secondari, specialmente della pelle.

La protonterapia è un tipo di radioterapia a fasci esterni che utilizza radiazioni ionizzanti . Nella terapia protonica, il personale medico utilizza un acceleratore di particelle per colpire un tumore con un raggio di protoni. Queste particelle cariche danneggiano il DNA delle cellule, uccidendole e bloccandone la riproduzione e quindi eliminando il tumore. Le cellule cancerose sono particolarmente vulnerabili agli attacchi al DNA a causa del loro alto tasso di divisione e delle loro limitate capacità di riparare i danni al DNA. Alcuni tumori con difetti specifici nella riparazione del DNA possono essere più sensibili alle radiazioni protoniche.

La terapia protonica offre ai medici la possibilità di erogare un raggio altamente conforme, ovvero erogare radiazioni conformi alla forma e alla profondità del tumore e risparmiando gran parte del tessuto normale circostante. Ad esempio, quando si confronta la terapia protonica con i tipi più avanzati di terapia fotonica, la radioterapia a intensità modulata ( IMRT ) e la terapia ad arco modulato volumetrico (VMAT), la terapia protonica può fornire dosi di radiazioni simili o superiori al tumore con un 50%-60 % di riduzione della dose totale di radiazioni sul corpo.

I protoni hanno la capacità di focalizzare l'erogazione di energia per conformarsi alla forma del tumore, fornendo solo radiazioni a bassa dose al tessuto circostante. Di conseguenza, il paziente sperimenta meno effetti collaterali. Tutti i protoni di una data energia hanno un certo raggio di penetrazione ; pochissimi protoni penetrano oltre quella distanza. Inoltre, la dose erogata al tessuto è massimizzata solo negli ultimi millimetri del range della particella; questo massimo è chiamato picco di Bragg esteso , spesso indicato come SOBP (vedi immagine).

Per trattare i tumori a maggiori profondità, l'acceleratore di protoni deve produrre un fascio con energia maggiore, tipicamente espressa in eV ( elettronvolt ). Gli acceleratori utilizzati per la terapia protonica producono tipicamente protoni con energie nell'intervallo da 70 a 250 MeV . La regolazione dell'energia protonica durante il trattamento massimizza il danno cellulare che il fascio di protoni provoca all'interno del tumore. Il tessuto più vicino alla superficie del corpo rispetto al tumore riceve radiazioni ridotte e quindi danni ridotti. I tessuti più profondi del corpo ricevono pochissimi protoni, quindi il dosaggio diventa incommensurabilmente piccolo.

Nella maggior parte dei trattamenti, vengono applicati protoni di diverse energie con picchi di Bragg a diverse profondità per trattare l'intero tumore. Questi picchi di Bragg sono mostrati come sottili linee blu nella figura in questa sezione. È importante capire che, mentre i tessuti dietro (o più profondi) del tumore non ricevono quasi nessuna radiazione dalla terapia protonica, i tessuti davanti (più bassi) del tumore ricevono un dosaggio di radiazioni basato sulla SOBP.

Attrezzatura

La maggior parte dei sistemi di protonterapia installati utilizza ciclotroni isocroni . I ciclotroni sono considerati semplici da utilizzare, affidabili e possono essere resi compatti, specialmente con l'uso di magneti superconduttori . Possono essere utilizzati anche i sincrotroni , con il vantaggio di una produzione più semplice a diverse energie. Gli acceleratori lineari , come quelli utilizzati per la radioterapia con fotoni, stanno diventando disponibili in commercio man mano che le limitazioni di dimensioni e costo vengono risolte. I moderni sistemi protonici incorporano immagini di alta qualità per la valutazione quotidiana dei contorni del tumore, software di pianificazione del trattamento che illustra le distribuzioni della dose 3D e varie configurazioni di sistema, ad esempio più sale di trattamento collegate a un acceleratore. In parte a causa di questi progressi tecnologici, e in parte a causa della quantità sempre crescente di dati clinici sui protoni, il numero di ospedali che offrono la terapia protonica continua ad aumentare.

La radioterapia FLASH è una tecnica in fase di sviluppo per trattamenti con fotoni e protoni, che utilizza velocità di dose molto elevate (che richiedono correnti a fascio largo). Se applicato clinicamente, potrebbe ridurre il tempo di trattamento a solo una o tre sessioni da un secondo, riducendo ulteriormente gli effetti collaterali.

Storia

Il primo suggerimento che i protoni energetici potrebbero essere un metodo di trattamento efficace è stato fatto da Robert R. Wilson in un articolo pubblicato nel 1946 mentre era coinvolto nella progettazione dell'Harvard Cyclotron Laboratory (HCL). I primi trattamenti furono eseguiti con acceleratori di particelle costruiti per la ricerca fisica, in particolare il Berkeley Radiation Laboratory nel 1954 e ad Uppsala in Svezia nel 1957. Nel 1961 iniziò una collaborazione tra HCL e il Massachusetts General Hospital (MGH) per perseguire la terapia protonica. Nei successivi 41 anni, questo programma ha perfezionato e ampliato queste tecniche trattando 9.116 pazienti prima che il ciclotrone venisse chiuso nel 2002. Il centro ITEP di Mosca, che ha iniziato a curare i pazienti nel 1969, è il più antico centro protonico ancora in funzione. L' Istituto Paul Scherrer in Svizzera è stato il primo centro protonico al mondo a trattare i tumori oculari a partire dal 1984. Inoltre, hanno inventato la scansione a fascio di matita nel 1996, che ora è la forma più avanzata di terapia protonica.

Il primo centro di terapia protonica ospedaliero al mondo è stato un centro ciclotronico a bassa energia per i tumori oculari presso il Clatterbridge Center for Oncology nel Regno Unito, aperto nel 1989, seguito nel 1990 presso il Loma Linda University Medical Center (LLUMC) a Loma Linda, in California . Successivamente, il Northeast Proton Therapy Center presso il Massachusetts General Hospital è stato attivato e il programma di trattamento dell'HCL è stato trasferito ad esso durante il 2001 e il 2002. All'inizio del 2020, c'erano 37 centri di protonterapia solo negli Stati Uniti e un totale di di 89 in tutto il mondo. A partire dal 2020, cinque produttori realizzano sistemi di protonterapia : Mevion Medical Systems , Ion Beam Applications , Hitachi , ProTom International e Varian Medical Systems .

Tipi di terapia protonica

La più recente forma di terapia protonica, la scansione a fascio di matita, eroga la terapia spazzando lateralmente un raggio protonico sul bersaglio in modo da erogare la dose richiesta mentre si conforma strettamente alla forma del tumore mirato. Prima dell'uso della scansione a fascio di matita, gli oncologi utilizzavano un metodo di dispersione per dirigere un raggio ampio verso il tumore.

Erogazione del fascio di diffusione passiva

I primi sistemi di rilascio di protoni disponibili in commercio utilizzavano un processo di diffusione, noto anche come diffusione passiva, per erogare la terapia. Con la terapia protonica a dispersione, il raggio di protoni viene diffuso da dispositivi di diffusione e il raggio viene quindi modellato posizionando oggetti come collimatori e compensatori nel percorso dei protoni. La diffusione passiva eroga una dose omogenea lungo il volume target. Di conseguenza, la diffusione passiva fornisce un controllo più limitato sulle distribuzioni della dose prossimale al bersaglio. Nel tempo molti sistemi di terapia a dispersione sono stati aggiornati per fornire la scansione a fascio di matita. Tuttavia, poiché la terapia di dispersione è stata il primo tipo di terapia protonica disponibile, la maggior parte dei dati clinici disponibili sulla terapia protonica, in particolare i dati a lungo termine a partire dal 2020, sono stati acquisiti tramite la tecnologia di dispersione.

Consegna del fascio di scansione del fascio di matita

Un metodo di somministrazione più nuovo e più flessibile per la terapia protonica è la scansione a fascio di matita, che utilizza un raggio che scorre lateralmente sul bersaglio in modo da erogare la dose richiesta mentre si conforma strettamente alla forma del tumore mirato. Questa consegna conforme si ottiene modellando la dose attraverso la scansione magnetica di sottili fasci di protoni senza la necessità di aperture e compensatori. Più fasci vengono erogati da direzioni diverse e i magneti nell'ugello di trattamento guidano il fascio di protoni per conformarsi allo strato di volume target mentre la dose viene dipinta strato per strato. Questo tipo di erogazione della scansione offre maggiore flessibilità e controllo, consentendo alla dose di protoni di conformarsi più precisamente alla forma del tumore.

L'erogazione di protoni tramite la scansione a fascio di matita, in uso dal 1996 presso l' Istituto Paul Scherrer , consente il tipo più preciso di somministrazione di protoni noto come terapia protonica a intensità modulata (IMPT). IMPT è per la terapia protonica ciò che IMRT è per la terapia fotonica convenzionale, un trattamento che si conforma più strettamente al tumore bersaglio evitando le strutture circostanti. Praticamente tutti i nuovi sistemi protonici ora forniscono esclusivamente la scansione a fascio di matita. Uno studio condotto dal Memorial Sloan Kettering Cancer Center suggerisce che l'IMPT può migliorare il controllo locale rispetto allo scattering passivo per i pazienti con cavità nasali e tumori maligni dei seni paranasali.

Applicazione

È stato stimato che entro la fine del 2019, un totale di circa 200.000 pazienti fosse stato trattato con la terapia protonica. I medici usano i protoni per trattare le condizioni in due grandi categorie:

• Sedi della malattia che rispondono bene a dosi più elevate di radiazioni, ad es. aumento della dose. In alcuni casi, l'aumento della dose ha dimostrato una maggiore probabilità di "cura" (cioè, controllo locale) rispetto alla radioterapia convenzionale . Questi includono, tra gli altri, melanoma uveale (tumori oculari), tumori della base cranica e paraspinali ( condrosarcoma e cordoma ) e sarcomi non resecabili . In tutti questi casi la terapia protonica ottiene miglioramenti significativi nella probabilità di controllo locale rispetto alla radioterapia convenzionale. Nel trattamento dei tumori oculari, la terapia protonica ha anche alti tassi di mantenimento dell'occhio naturale.
• Trattamenti in cui la maggiore precisione della terapia protonica riduce gli effetti collaterali indesiderati riducendo la dose ai tessuti normali. In questi casi, la dose del tumore è la stessa della terapia convenzionale, quindi non ci si aspetta una maggiore probabilità di curare la malattia. Invece, l'enfasi è sulla riduzione della dose integrale al tessuto normale, riducendo così gli effetti indesiderati.

Due esempi importanti sono le neoplasie pediatriche (come il medulloblastoma ) e il cancro alla prostata .

Trattamenti pediatrici

Gli effetti collaterali irreversibili a lungo termine della radioterapia convenzionale per i tumori pediatrici sono stati ben documentati e comprendono disturbi della crescita, tossicità neurocognitiva, ototossicità con conseguenti effetti sull'apprendimento e sullo sviluppo del linguaggio e disfunzioni renali, endocrine e gonadiche. La malignità secondaria indotta da radiazioni è un altro effetto avverso molto grave che è stato segnalato. Poiché esiste una dose di uscita minima quando si utilizza la radioterapia protonica, la dose ai tessuti normali circostanti può essere significativamente limitata, riducendo la tossicità acuta che ha un impatto positivo sul rischio di questi effetti collaterali a lungo termine. I tumori che richiedono irradiazione craniospinale, ad esempio, beneficiano dell'assenza di dose di uscita con la terapia protonica: la dose al cuore, al mediastino, all'intestino, alla vescica e ad altri tessuti anteriori alle vertebre viene eliminata, con conseguente riduzione dell'attività acuta toracica, gastrointestinale e vescicale. effetti collaterali.

Tumori agli occhi

La terapia protonica per i tumori oculari (oculari) è un caso speciale poiché questo trattamento richiede solo protoni a energia relativamente bassa (circa 70 MeV). A causa di questo basso fabbisogno energetico, alcuni centri di terapia con particelle trattano solo i tumori oculari. La terapia protonica, o più in generale, la terapia adronica del tessuto vicino all'occhio offre metodi sofisticati per valutare l'allineamento dell'occhio che può variare significativamente da altri approcci di verifica della posizione del paziente nella terapia con particelle guidate da immagini. La verifica e la correzione della posizione devono garantire che la radiazione risparmi i tessuti sensibili come il nervo ottico per preservare la vista del paziente.

Per i tumori oculari, la selezione del tipo di radioterapia dipende dalla posizione e dall'estensione del tumore, dalla radioresistenza del tumore (calcolando la dose necessaria per eliminare il tumore) e dai potenziali effetti collaterali tossici della radioterapia delle strutture critiche vicine. Ad esempio, la terapia protonica è un'opzione per il retinoblastoma e il melanoma intraoculare. Il vantaggio dell'utilizzo di un raggio di protoni è che ha il potenziale per trattare efficacemente il tumore risparmiando le strutture sensibili dell'occhio. Data la sua efficacia, la terapia protonica è stata descritta come il trattamento "gold standard" per i melanomi oculari.

Base del cancro del cranio

Quando si ricevono radiazioni per tumori della base cranica, gli effetti collaterali delle radiazioni possono includere disfunzione dell'ormone ipofisario e deficit del campo visivo, dopo radiazioni per tumori ipofisari, nonché neuropatia cranica (danno ai nervi), osteosarcomi indotti da radiazioni (cancro osseo) e osteoradionecrosi , che si verifica quando le radiazioni provocano la morte di una parte dell'osso nella mascella o nella base del cranio. La terapia protonica è stata molto efficace per le persone con tumori alla base del cranio. A differenza della radiazione fotonica convenzionale, i protoni non penetrano oltre il tumore. La terapia protonica riduce il rischio di effetti collaterali correlati al trattamento causati quando il tessuto sano riceve radiazioni. Gli studi clinici hanno scoperto che la terapia protonica è efficace per i tumori della base cranica.

Tumori della testa e del collo

Le particelle protoniche non depositano la dose di uscita, il che consente alla terapia protonica di risparmiare i tessuti normali distali rispetto al bersaglio tumorale. Ciò è particolarmente utile per il trattamento dei tumori della testa e del collo a causa dei vincoli anatomici riscontrati in quasi tutti i tumori in questa regione. Il vantaggio dosimetrico unico della terapia protonica si traduce in una riduzione della tossicità. Per il cancro ricorrente della testa e del collo che richiede una reirradiazione, la terapia protonica è in grado di massimizzare una dose mirata di radiazioni al tumore riducendo al minimo la dose ai tessuti circostanti, il che si traduce in un profilo di tossicità acuta minimo, anche in pazienti che hanno ricevuto più cicli precedenti di radioterapia.

Cancro al seno sinistro

Quando il cancro al seno , in particolare il cancro al seno sinistro, viene trattato con radiazioni convenzionali, il polmone e il cuore, che si trovano vicino al seno sinistro, sono particolarmente suscettibili al danno da radiazioni fotoniche. Tale danno può eventualmente causare problemi ai polmoni (p. es., cancro ai polmoni) o vari problemi cardiaci. A seconda della posizione del tumore, possono verificarsi danni anche all'esofago o alla parete toracica (che possono potenzialmente portare alla leucemia). Uno studio recente ha rivelato che la terapia protonica ha bassi tassi di tossicità per i tessuti sani vicini e tassi simili di controllo della malattia rispetto alle radiazioni convenzionali. Altri ricercatori hanno scoperto che le tecniche di scansione del fascio di protoni a matita possono ridurre sia la dose media del cuore che la dose del nodo mammario interno sostanzialmente a zero.

Piccoli studi hanno scoperto che, rispetto alla radiazione fotonica convenzionale, la terapia protonica fornisce una dose tossica minima ai tessuti sani e una dose specificamente ridotta al cuore e ai polmoni. Sono in corso studi su larga scala per esaminare altri potenziali benefici della terapia protonica per il trattamento del cancro al seno.

Linfoma (tumori del tessuto linfatico)

Sebbene la chemioterapia sia il trattamento primario per i pazienti con linfoma, la radiazione di consolidamento è spesso utilizzata nel linfoma di Hodgkin e nel linfoma non-Hodgkin aggressivo, mentre il trattamento definitivo con le sole radiazioni viene utilizzato in una piccola frazione di pazienti con linfoma. Sfortunatamente, le tossicità correlate al trattamento causate dagli agenti chemioterapici e dall'esposizione alle radiazioni dei tessuti sani sono le principali preoccupazioni per i sopravvissuti al linfoma. Le tecnologie avanzate di radioterapia come la terapia protonica possono offrire vantaggi significativi e clinicamente rilevanti come risparmiare organi importanti a rischio e ridurre il rischio di danni ai tessuti normali tardivi, pur continuando a raggiungere l'obiettivo primario del controllo della malattia. Ciò è particolarmente importante per i pazienti con linfoma che vengono trattati con intento curativo e hanno una lunga aspettativa di vita dopo la terapia.

Cancro alla prostata

Nei casi di cancro alla prostata , il problema è meno chiaro. Alcuni studi pubblicati hanno riscontrato una riduzione del danno rettale e genito-urinario a lungo termine quando si trattano con protoni piuttosto che con fotoni (che significa terapia con raggi X o raggi gamma ). Altri hanno mostrato una piccola differenza, limitata ai casi in cui la prostata è particolarmente vicina a determinate strutture anatomiche. Il miglioramento relativamente piccolo riscontrato può essere il risultato di un'impostazione incoerente del paziente e del movimento degli organi interni durante il trattamento, che compensa la maggior parte del vantaggio di una maggiore precisione. Una fonte suggerisce che errori di dose di circa il 20% possono derivare da errori di movimento di soli 2,5 mm (0,098 pollici). e un altro che il movimento della prostata è compreso tra 5-10 mm (0,20-0,39 pollici).

Tuttavia, il numero di casi di cancro alla prostata diagnosticati ogni anno supera di gran lunga quello delle altre malattie sopra menzionate, e questo ha portato alcune strutture, ma non tutte, a dedicare la maggior parte dei loro spazi di trattamento ai trattamenti della prostata. Ad esempio, due strutture ospedaliere dedicano circa il 65% e il 50% della loro capacità di trattamento protonico al cancro alla prostata, mentre una terza dedica solo il 7,1%.

I numeri globali globali sono difficili da compilare, ma un esempio afferma che nel 2003 circa il 26% dei trattamenti di terapia protonica in tutto il mondo riguardava il cancro alla prostata.

Malignità gastrointestinale

Una quantità crescente di dati ha dimostrato che la terapia protonica ha un grande potenziale per aumentare la tolleranza terapeutica per i pazienti con neoplasie gastrointestinali. La possibilità di ridurre la dose di radiazioni agli organi a rischio può anche aiutare a facilitare l'escalation della dose di chemioterapia o consentire nuove combinazioni chemioterapiche. La terapia protonica svolgerà un ruolo decisivo nel contesto dei trattamenti in modalità combinata intensificati in corso per i tumori gastrointestinali. La seguente recensione presenta i benefici della terapia protonica nel trattamento del carcinoma epatocellulare, del cancro del pancreas e del cancro esofageo.

Carcinoma epatocellulare

Lo scompenso epatico post-trattamento e la successiva insufficienza epatica rappresentano un rischio quando si somministra la radioterapia per il carcinoma epatocellulare , il tipo più comune di cancro epatico primario. La ricerca mostra che l'uso della terapia protonica porta a risultati favorevoli relativi al controllo locale del tumore, alla sopravvivenza libera da progressione e alla sopravvivenza globale. Altri studi, che hanno esaminato la terapia protonica rispetto alla terapia fotonica convenzionale, mostrano che la terapia protonica è associata a una migliore sopravvivenza e/oa minori effetti collaterali; pertanto la terapia protonica ha il potenziale per migliorare significativamente gli esiti clinici per alcuni pazienti con cancro al fegato.

Reirradiazione per cancro ricorrente

Per i pazienti che sviluppano recidive locali o regionali dopo la radioterapia iniziale, i medici sono limitati nelle loro opzioni di trattamento a causa della loro riluttanza a fornire ulteriore radioterapia a fotoni ai tessuti che sono già stati irradiati. La re-irradiazione è un'opzione di trattamento potenzialmente curativa per i pazienti con tumore della testa e del collo a recidiva locale. In particolare, la scansione a fascio di matita può essere ideale per la re-irradiazione. La ricerca ha dimostrato la fattibilità dell'uso della terapia protonica con effetti collaterali accettabili, anche in pazienti che hanno avuto più cicli precedenti di radiazioni fotoniche.

Confronto con altri trattamenti

Un ampio studio sull'efficacia comparativa della terapia protonica è stato pubblicato dai team dell'Università della Pennsylvania e della Washington University di St. Louis in JAMA Oncology , valutando se la terapia protonica nell'ambito della chemioradioterapia concomitante è associata a un minor numero di ricoveri non pianificati di 90 giorni e in generale sopravvivenza rispetto alla terapia fotonica e alla chemioradioterapia concomitanti. Lo studio ha incluso 1483 pazienti adulti con cancro non metastatico, localmente avanzato, trattati con chemioradioterapia concomitante con intento curativo e ha concluso che "la chemioradioterapia con protoni era associata a eventi avversi acuti significativamente ridotti che hanno causato ricoveri non pianificati, con sopravvivenza libera da malattia e globale simile". Attualmente è in corso il reclutamento di un numero significativo di studi randomizzati controllati, ma solo un numero limitato è stato completato fino ad oggi (agosto 2020). Uno studio di fase III randomizzato e controllato sulla terapia con fascio di protoni rispetto all'ablazione con radiofrequenza (RFA) per il carcinoma epatocellulare ricorrente organizzato dal National Cancer Center in Corea ha mostrato una migliore sopravvivenza libera da progressione locale a 2 anni per il braccio di protoni e ha concluso che la terapia con fascio di protoni (PBT) non è "inferiore alla RFA in termini di sopravvivenza libera da progressione locale e sicurezza, denotando che sia la RFA che la PBT possono essere applicate a piccoli pazienti con HCC ricorrente". Uno studio di fase IIB randomizzato e controllato sulla terapia con fasci di protoni rispetto all'IMRT per il cancro esofageo localmente avanzato , organizzato dall'MD Anderson Cancer Center dell'Università del Texas, ha concluso che la terapia con fasci di protoni ha ridotto il rischio e la gravità degli eventi avversi rispetto all'IMRT mantenendo una simile sopravvivenza libera da progressione . Un altro studio randomizzato controllato di fase II che confronta i fotoni rispetto ai protoni per il glioblastoma ha concluso che i pazienti a rischio di linfopenia grave potrebbero trarre beneficio dalla terapia protonica. Un team della Stanford University ha valutato il rischio di cancro secondario dopo il trattamento del cancro primario con radiazioni esterne utilizzando i dati del National Cancer Database di 9 tipi di tumore: testa e collo, gastrointestinale, ginecologico, linfoma, polmone, prostata, seno, ossa/molle tessuto e cervello/sistema nervoso centrale. Lo studio ha incluso un totale di 450.373 pazienti e ha concluso che la terapia protonica era associata a un minor rischio di secondo cancro.

La questione di quando, se e come applicare al meglio questa tecnologia è ancora oggetto di discussione da parte di medici e ricercatori. Un metodo recentemente introdotto chiamato "selezione basata sul modello" utilizza piani di trattamento comparativi per IMRT e IMPT in combinazione con modelli di probabilità di complicanze tissutali normali (NTCP) per identificare i pazienti che possono beneficiare maggiormente della terapia protonica.

Sono in corso studi clinici per esaminare l'efficacia comparativa della terapia protonica (rispetto alla radiazione fotonica) per quanto segue:

• Tumori pediatrici—a cura del St. Jude Children's Research Hospital, Samsung Medical Center
• Base del cancro del cranio—dall'Università di Heidelberg
• Cancro alla testa e al collo—di MD Anderson, Memorial Sloan Kettering e altri centri
• Cancro al cervello e al midollo spinale—da parte del Massachusetts General Hospital, dell'Università di Uppsala e di altri centri, NRG Oncology
• Carcinoma epatocellulare (fegato)—di NRG Oncology, Chang Gung Memorial Hospital, Loma Linda University
• Cancro del polmone—da Radiation Therapy Oncology Group (RTOG), Proton Collaborative Group (PCG), Mayo Clinic
• Cancro esofageo—da NRG Oncology, Abramson Cancer Center, University of Pennsylvania
• Cancro al seno—dall'Università della Pennsylvania, Proton Collaborative Group (PCG)
• Cancro al pancreas—dall'Università del Maryland, Proton Collaborative Group (PCG)

Radioterapia a raggi X

Irradiazione del carcinoma nasofaringeo mediante terapia fotonica (raggi X) (sinistra) e terapia protonica (destra)

La figura a destra della pagina mostra come fasci di raggi X ( IMRT ; frame di sinistra) e fasci di protoni (frame di destra), di diverse energie, penetrino nei tessuti umani. Un tumore con uno spessore considerevole è coperto dal picco di Bragg diffuso IMRT (SOBP) mostrato come la distribuzione a righe rosse nella figura. Il SOBP è una sovrapposizione di diversi picchi di Bragg incontaminati (linee blu) a profondità sfalsate.

La terapia a raggi X a megatensione ha meno "potenziale di cicatrizzazione della pelle" rispetto alla terapia protonica: la radiazione a raggi X sulla pelle e a profondità molto ridotte è inferiore rispetto alla terapia protonica. Uno studio stima che i campi di protoni dispersi passivamente hanno una dose di ingresso leggermente più alta sulla pelle (~75%) rispetto ai fasci di fotoni a megatensione terapeutica (MeV) (~60%). La dose di radiazioni a raggi X diminuisce gradualmente, danneggiando inutilmente i tessuti più profondi del corpo e danneggiando la pelle e il tessuto superficiale di fronte all'ingresso del raggio. Le differenze tra i due metodi dipendono da:

• Larghezza del SOBP
• Profondità del tumore
• Numero di fasci che trattano il tumore

Il vantaggio dei raggi X di ridurre i danni alla pelle all'ingresso è parzialmente neutralizzato dal danno alla pelle nel punto di uscita.

Poiché i trattamenti a raggi X vengono generalmente eseguiti con esposizioni multiple da lati opposti, ogni sezione della pelle è esposta sia ai raggi X in entrata che in uscita. Nella terapia protonica, l'esposizione della pelle nel punto di ingresso è maggiore, ma i tessuti sul lato opposto del corpo al tumore non ricevono radiazioni. Pertanto, la terapia a raggi X provoca un danno leggermente inferiore alla pelle e ai tessuti superficiali e la terapia protonica causa meno danni ai tessuti più profondi davanti e oltre il bersaglio.

Una considerazione importante nel confrontare questi trattamenti è se l'apparecchiatura fornisce protoni tramite il metodo di dispersione (storicamente, il più comune) o un metodo di scansione spot. La scansione spot può regolare la larghezza della SOBP punto per punto, riducendo il volume del tessuto normale (sano) all'interno della regione ad alta dose. Inoltre, la scansione spot consente la terapia protonica a intensità modulata (IMPT), che determina le singole intensità spot utilizzando un algoritmo di ottimizzazione che consente all'utente di bilanciare gli obiettivi concorrenti dell'irradiazione dei tumori risparmiando il tessuto normale. La disponibilità della scansione spot dipende dalla macchina e dall'istituto. La scansione spot è più comunemente nota come scansione a raggio di matita ed è disponibile su IBA , Hitachi, Mevion (noto come HYPERSCAN che è stato approvato dalla FDA statunitense nel 2017) e Varian.

Chirurgia

I medici basano la decisione di utilizzare la chirurgia o la terapia protonica (o qualsiasi radioterapia) sul tipo, stadio e posizione del tumore. In alcuni casi, la chirurgia è superiore (come il melanoma cutaneo ), in alcuni casi le radiazioni sono superiori (come il condrosarcoma della base cranica ) e in alcuni casi sono paragonabili (ad esempio il cancro alla prostata ). In alcuni casi, vengono utilizzati insieme (p. es., cancro del retto o cancro al seno in fase iniziale).

Il vantaggio della radiazione protonica a fascio esterno risiede nella differenza dosimetrica rispetto alla radiazione a raggi X a fascio esterno e alla brachiterapia nei casi in cui l'uso della radioterapia è già indicato, piuttosto che come competizione diretta con la chirurgia. Tuttavia, nel caso del cancro alla prostata, l'indicazione più comune per la terapia con fasci di protoni, nessuno studio clinico che abbia confrontato direttamente la terapia con protoni con la chirurgia, la brachiterapia o altri trattamenti ha mostrato alcun beneficio clinico per la terapia con fasci di protoni. In effetti, il più grande studio fino ad oggi ha mostrato che l'IMRT rispetto alla terapia protonica era associata a una minore morbilità gastrointestinale .

Effetti collaterali e rischi

La protonterapia è un tipo di radioterapia a fasci esterni e condivide i rischi e gli effetti collaterali di altre forme di radioterapia. Tuttavia, la dose al di fuori della regione di trattamento può essere significativamente inferiore per i tumori dei tessuti profondi rispetto alla terapia a raggi X, poiché la terapia protonica sfrutta appieno il picco di Bragg. La protonterapia è in uso da oltre 40 anni ed è una tecnologia di trattamento matura. Tuttavia, come per tutte le conoscenze mediche, la comprensione dell'interazione delle radiazioni (protoni, raggi X, ecc.) con il tumore e il tessuto normale è ancora imperfetta.

Costi

Storicamente, la terapia protonica è stata costosa. Un'analisi pubblicata nel 2003 ha determinato che il costo relativo della terapia protonica è di circa 2,4 volte quello delle terapie a raggi X. I centri di trattamento dei protoni più nuovi, meno costosi e dozzine in più stanno riducendo i costi e offrono un targeting tridimensionale più accurato. Anche un dosaggio di protoni più elevato rispetto a un numero inferiore di sessioni di trattamento (1/3 in meno o meno) sta riducendo i costi. Pertanto, il costo dovrebbe ridursi man mano che una migliore tecnologia protonica diventa più ampiamente disponibile. Un'analisi pubblicata nel 2005 ha stabilito che il costo della terapia protonica non è irrealistico e non dovrebbe essere la ragione per negare ai pazienti l'accesso alla tecnologia. In alcune situazioni cliniche, la terapia con fasci di protoni è nettamente superiore alle alternative.

Uno studio del 2007 ha espresso preoccupazioni sull'efficacia della terapia protonica per il trattamento del cancro alla prostata, ma con l'avvento di nuovi sviluppi nella tecnologia, come tecniche di scansione migliorate e somministrazione della dose più precisa (" scansione a raggio di matita "), questa situazione potrebbe cambiare notevolmente. Amitabh Chandra, economista della salute all'Università di Harvard, ha dichiarato: "La terapia con fasci di protoni è come la Morte Nera della tecnologia medica americana... È una metafora per tutti i problemi che abbiamo nella medicina americana". La terapia protonica è conveniente per alcuni tipi di cancro, ma non per tutti. In particolare, alcuni altri trattamenti offrono un valore complessivo migliore per il trattamento del cancro alla prostata.

A partire dal 2018, il costo di un sistema di terapia particellare a stanza singola è di $ 40 milioni, con sistemi multi-stanza che costano fino a $ 200 milioni.

Centri di trattamento

Pannello di controllo del sincrociclotrone presso il centro di protonterapia d' Orsay , Francia

Ad agosto 2020, ci sono oltre 89 strutture per la terapia delle particelle in tutto il mondo, con almeno altre 41 in costruzione. Ad agosto 2020, negli Stati Uniti erano operativi 34 centri di protonterapia. Alla fine del 2015 erano stati trattati più di 154.203 pazienti in tutto il mondo.

Un ostacolo all'uso universale del protone nel trattamento del cancro è la dimensione e il costo dell'attrezzatura necessaria per il ciclotrone o il sincrotrone . Diversi team industriali stanno lavorando allo sviluppo di sistemi di accelerazione relativamente piccoli per fornire la terapia protonica ai pazienti. Tra le tecnologie oggetto di indagine sono superconduttori synchrocyclotrons (noto anche come FM Ciclotroni), sincrotroni ultra-compatti, acceleranti parete dielettrici e acceleratori di particelle lineari .

stati Uniti

I centri di trattamento del protone negli Stati Uniti a partire dal 2020 (in ordine cronologico della prima data di trattamento) includono:

L' Indiana University Health Proton Therapy Center a Bloomington, Indiana, è stato aperto nel 2004 e ha cessato le operazioni nel 2014.

Al di fuori degli Stati Uniti

Regno Unito

Nel 2013 il governo britannico ha annunciato che erano stati stanziati 250 milioni di sterline per istituire due centri di radioterapia avanzata: The Christie NHS Foundation Trust a Manchester , aperto nel 2018, e University College London Hospitals NHS Foundation Trust , che dovrebbe aprire nel 2021. Questi offrono terapia protonica ad alta energia, nonché altri tipi di radioterapia avanzata, tra cui la radioterapia a intensità modulata (IMRT) e la radioterapia guidata dalle immagini (IGRT). Nel 2014, solo la terapia protonica a bassa energia era disponibile nel Regno Unito, presso il Clatterbridge Cancer Center NHS Foundation Trust nel Merseyside . Ma il NHS England ha pagato per curare i casi idonei all'estero, principalmente negli Stati Uniti. Tali casi sono passati da 18 nel 2008 a 122 nel 2013, 99 dei quali erano bambini. Il costo per il Servizio sanitario nazionale è stato in media di circa £ 100.000 per caso.

Una società denominata Advanced Oncotherapy plc e la sua sussidiaria ADAM, spin-off del CERN , stanno sviluppando un acceleratore di terapia protonica lineare da installare tra l'altro a Londra. Nel 2015 hanno firmato un accordo con la Howard de Walden Estate per installare una macchina in Harley Street , il cuore della medicina privata a Londra.

Proton Partners International ha costruito l'unica rete di centri del Regno Unito, con sede a Newport , Northumberland , Reading e Liverpool . Il centro di Newport nel Galles del Sud è stato il primo a curare un paziente nel Regno Unito con la terapia protonica ad alta energia nel 2018. Il centro di Northumberland è stato aperto all'inizio del 2019. Il centro di Reading è stato aperto a metà del 2019. Il centro di Liverpool dovrebbe aprire a metà del 2020.

Australia

Nel luglio 2020 è iniziata la costruzione di "SAHMRI 2", il secondo edificio per il South Australian Health and Medical Research Institute . L'edificio ospiterà l' Australian Bragg Center for Proton Therapy & Research , un'aggiunta di oltre 500 milioni di A$ al più grande distretto sanitario e biomedico dell'emisfero australe , la BioMed City di Adelaide . L'unità di protonterapia è fornita da ProTom International, che installerà il suo sistema di protonterapia Radiance 330, lo stesso sistema utilizzato al Massachusetts General Hospital. Quando sarà pienamente operativo, sarà in grado di trattare circa 600-700 pazienti all'anno, di cui circa la metà dovrebbero essere bambini e giovani adulti. La struttura dovrebbe essere completata alla fine del 2023, con i primi pazienti trattati nel 2025.

Israele

Nel gennaio 2020 è stato annunciato che un centro di terapia protonica sarebbe stato costruito nell'ospedale Ichilov , presso il Tel Aviv Sourasky Medical Center . La costruzione del progetto è stata interamente finanziata da donazioni. Avrà due macchine.

Guarda anche

• Terapia con particelle
• Terapia con particelle cariche
• adrone
• Microraggio
• Terapia con neutroni veloci
• Terapia di cattura dei neutroni di boro
• Trasferimento di energia lineare
• Radiazioni elettromagnetiche e salute
• dosimetria
• Radiazione ionizzante
• Elenco dei termini relativi all'oncologia

Riferimenti

Ulteriori letture

• Greco C.; Wolden S. (aprile 2007). "Stato attuale della radioterapia con fasci di protoni e ioni luminosi" . Cancro . 109 (7): 1227–1238. doi : 10.1002/cncr.22542 . PMID  17326046 . S2CID  36256866 .
• "Uso dei protoni per la radioterapia", AM Koehler, Proc. del Simposio sulla radioterapia con pioni e protoni, Nat. Laboratorio di accelerazione, (1971).
• AM Koehler, WM Preston, "Protoni in radioterapia: distribuzioni di dose comparativa per protoni, fotoni ed elettroni Radiologia 104 (1): 191-195 (1972).
• "Bragg Peak Proton Radiosurgery for Arterovenous Malformation of the Brain" RN Kjelberg, presentato al First Int. Seminario sull'uso dei fasci di protoni nella radioterapia, Mosca (1977).
• Austin-Seymor, MJ Munzenrider, et al. "Radiazione protonica frazionata dei tumori cranici e intracranici" Am. J. of Clinical Oncology 13(4):327-330 (1990).
• "Radioterapia protonica", Hartford, Zietman, et al. in Gestione Radioterapeutica del Carcinoma della Prostata , A. D'Amico e GE Hanks. Londra, Regno Unito, Arnold Publishers: 61-72 (1999).

link esterno

• The Intrepid Proton-Man , fumetti educativi di Steve Englehart e Michael Jaszewski per pazienti pediatrici
• Documentario BBC Horizon 2019
• Video Jove 2019 della School of Medicine dell'Università del Maryland che spiega il processo di trattamento: somministrazione di terapia protonica e sua applicazione clinica in tumori maligni solidi selezionati
• 2019 Il programma di terapia del fascio di protoni NHS
• Gruppo collaborativo di terapia protonica PTCOG
• Alleanza per la terapia protonica
• CARES Cancer Network
• Associazione Nazionale per la Protonterapia
• Politica del modello dell'American Society for Radiation Oncology – Terapia con fasci di protoni
• Terapia protonica – Enciclopedia medica MedlinePlus
• Terapia protonica
• Cos'è la terapia protonica?