Verso il primo scanner in grado di tracciare i tumori in movimento

I ricercatori dell’Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf intendono mettere a punto il primo prototipo al mondo che traccia i tumori in movimento con la risonanza magnetica in tempo reale durante la terapia protonica. Stanno combinando un dispositivo MRI aperto rotante, progettato per il sistema LINAC-MR dei servizi sanitari dell’Alberta, con un fascio di protoni analogo clinico a scansione attiva presso OncoRay, il Centro nazionale per la ricerca sulle radiazioni in oncologia con sede a Dresda. Il dispositivo MRI rotante è prodotto da ASG Superconductors, utilizzando il loro magnete superconduttore di diboruro di magnesio privo di elio. La risonanza magnetica in tempo reale consentirebbe di sincronizzare il fascio di protoni con il movimento del tumore durante la somministrazione della dose di radiazioni. Finora, questo è stato impossibile e quindi è stato un fattore limitante per il trattamento dei tumori in movimento con questa promettente terapia antitumorale.

La protonterapia è una tecnologia radiologica emergente per irradiare i tumori risparmiando il tessuto circostante meglio delle radiazioni convenzionali a raggi X a causa della profondità di penetrazione finita dei protoni. Tuttavia, l’efficacia della protonterapia è limitata dal movimento del tumore, dai cambiamenti anatomici durante la terapia e dalle imprecisioni di configurazione nel posizionamento del paziente.
“Con l’imaging a raggi X a bordo attualmente disponibile nel sistema di protonterapia, non otteniamo immagini dal vivo ad alto contrasto di dove stiamo mirando e cosa stiamo colpendo”, afferma il dott. Aswin Hoffmann dell’HZDR Institute of Radiooncology – OncoRay , descrivendo il problema fondamentale. “Pertanto, quando trattiamo tumori in movimento, dobbiamo utilizzare margini di sicurezza piuttosto ampi attorno al tessuto tumorale, riducendo l’accuratezza del targeting e aumentando il rischio di effetti collaterali nei tessuti circostanti”. Soprattutto con i tumori che si muovono costantemente durante la respirazione o la digestione, il tessuto sano immediatamente circostante il tumore potrebbe ricevere una dose eccessiva di radiazioni, mentre il tessuto tumorale stesso ne riceve troppo poco. Fino ad ora, nella protonterapia non era disponibile una tecnologia di imaging adatta per visualizzare il tumore e il suo movimento durante la radioterapia con un elevato contrasto dei tessuti molli. La soluzione potrebbe essere la risonanza magnetica, che offrirebbe numerosi vantaggi, come spiega Hoffmann: “La risonanza magnetica fornisce un contrasto insuperabile dei tessuti molli combinato con un’elevata risoluzione spaziale e temporale. Inoltre, a differenza dell’imaging a raggi X, la risonanza magnetica non deposita alcuna dose ionizzante aggiuntiva nel tessuto.” Tuttavia, l’integrazione della risonanza magnetica nei sistemi di protonterapia si rivela una grande sfida tecnologica. Per molto tempo, la cosiddetta risonanza magnetica in-beam è stata considerata impossibile.

Per acquisire immagini nitide e geometricamente accurate, gli scanner MRI funzionano con campi magnetici predefiniti con precisione. Al ciclotrone, i protoni sono accelerati da un campo elettrico a variazione rapida e mantenuti su una traiettoria a spirale da un campo magnetico statico. Durante il trasporto nella sala di irradiazione, il raggio viene anche guidato e mantenuto in forma dai campi magnetici. “Gli esperti hanno ipotizzato che questi campi elettromagnetici interferirebbero con lo scanner MRI e viceversa, distorcendo l’immagine MRI e influenzando la distribuzione della dose di protoni erogata nei tessuti”, spiega Aswin Hoffmann. Negli ultimi anni il fisico medico e il suo gruppo di ricerca hanno potuto dimostrare, per la prima volta al mondo, che è generalmente tecnologicamente possibile combinare entrambi i sistemi, per confermare sperimentalmente la presenza di questi effetti, ma anche per poterli compensarli. A tal fine, hanno posizionato uno scanner MRI a basso campo aperto con un’intensità di campo magnetico di 0,22 Tesla nel percorso del fascio di protoni e ha mostrato una buona qualità dell’immagine MR durante l’irradiazione con un raggio statico. Con il nuovo dispositivo MRI e le sue capacità di imaging in tempo reale e ad alto contrasto per gli organi del torace, dell’addome e del bacino, il team di Hoffmann intende ora costruire un primo prototipo che potrebbe essere utilizzato clinicamente a un certo punto, come spiega il ricercatore: “La particolarità di questo scanner MRI è che può essere ruotato attorno al paziente rispetto al fascio, permettendoci di studiare gli effetti dosimetrici e biologici del fascio per i campi magnetici MRI sia perpendicolari che paralleli al fascio di protoni”. Un team di fisici, ingegneri e medici ha l’opportunità di portare avanti questa ricerca unica in una sala sperimentale adiacente alla sala di trattamento dei pazienti presso la struttura di protonterapia OncoRay. Basandosi sulla loro precedente esperienza congiunta con lo scanner MRI da 0,22 Tesla, che viene solitamente utilizzato per esaminare le estremità, il produttore ASG Superconductors, sta ora producendo un dispositivo MRI aperto a media intensità di campo con un’intensità di campo magnetico di 0,5 Tesla, che è specificamente adattato ai requisiti della radioterapia guidata dalla risonanza magnetica in tempo reale dal gruppo LINAC-MR dell’Alberta Health Services e dalla sua società spin-off MagnetTx Oncology Solutions. Gli ingegneri di MagnetTx Oncology Solutions stanno anche sviluppando il gantry necessario per ruotare lo scanner MRI, nonché i metodi di elaborazione delle immagini per il monitoraggio automatico del tumore in tempo reale. La progettazione e la produzione dell’intero dispositivo da 30 tonnellate è attualmente in pieno svolgimento. Nell’estate del 2022, il team prevede di incorporarlo nella linea di fascio di protoni sperimentale analizzata in modo clinico presso la struttura OncoRay. “È molto entusiasmante per ASG Superconductors far parte di questo progetto in collaborazione con HZDR e MagnetTx”, ha affermato Marco Belardinelli ASG Paramed MRI Unit Director e aggiunge, “vedere la nostra tecnologia dei superconduttori MRI e MgB2 utilizzata come componente chiave in nuovi e innovativi applicazioni come questa, che alla fine andranno a beneficio dei pazienti e della comunità medica, ci rendono orgogliosi e ancora più fiduciosi che ci stiamo muovendo nella giusta direzione”. “La nostra partnership con HZDR e ASG è stata estremamente positiva.” ha affermato Mike Cogswell, Presidente e CEO di MagnetTx. “Non vediamo l’ora di continuare a lavorare insieme per migliorare il settore del trattamento del cancro”. “Grazie a questa collaborazione tra HZDR e partner industriali internazionali, io e il mio team siamo un grande passo avanti verso il nostro obiettivo di portare innovazioni significative sul campo, in particolare nella terapia protonica guidata da immagini in tempo reale”, afferma Aswin Hoffmann, descrivendo il suo prospettiva ottimistica.