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I metodi che consentono la dosimetria in situ e la validazione del range sono essenziali in radioterapia per ridurre il margine di sicurezza richiesto per tenere conto delle incertezze introdotte durante il flusso di lavoro del trattamento. Questo studio propone un concetto di dosaggio non invasivo per la radioterapia con ioni di carbonio basato sull'agente di contrasto ultrasonico a cambiamento di fase. Nanogocce iniettabili costituite da nuclei di perfluorobutano (PFB) metastabile stabilizzati con gusci di alcol polivinilico reticolato che evaporano a temperature fisiologiche quando esposti a radiazioni di ioni di carbonio (ione C), trasformandole in microbolle ecologiche. Le nanogocce incorporate nel modello di simulazione tissutale sono state esposte a un fascio di ioni C clinici da 312 MeV/U a una dose di 0,1-4 Gy e una temperatura di irradiazione di 37 ℃. Valutando l'imaging ecografico della modalità bulk e l'aumento del contrasto prima e dopo l'irradiazione, si è scoperto che la significativa vaporizzazione innescata dalla radiazione della nanogoccia al picco di Bragg dello ione C era riproducibile con uno spostamento submillimetrico e dipendente dalla dose. Modificando la posizione del modello, la portata del fascio e il picco di Bragg di scattering, la risposta specifica della nanogoccia allo ione C è stata ulteriormente confermata. La risposta della nanogoccia allo ione C è influenzata dalla concentrazione ed è indipendente dalla velocità di dose. Questi primi risultati dimostrano il potenziale per una svolta nella dosimetria degli ioni di carbonio in vivo e nella validazione dell’ambito delle nanogocce di PFB con guscio polimerico.
La radioterapia avanzata che utilizza fasci di particelle fortemente cariche come protoni e ioni carbonio (ioni C) (nota come terapia adronica) è recentemente diventata disponibile a livello clinico e viene sviluppata a livello globale con l’obiettivo di aumentare il trattamento dei tumori resistenti ai farmaci. Inoltre, si ritiene che la terapia adronica sia più vantaggiosa della radioterapia tradizionale nel trattamento dei tumori vicini a organi critici, come il cancro al seno sul lato sinistro vicino al cuore. Improbabili fotoni di raggi X, le particelle cariche si diffondono meno mentre penetrano nei tessuti e immagazzinano la massima energia in intervalli larghi pochi millimetri, quindi si fermano, rilasciando la maggior parte della loro energia in una brusca caduta di dose distale altamente localizzata nota come picchi di Bragg 3,4,5 . Pertanto, la distribuzione della dose ottenuta utilizzando gli adroni è superiore a quella ottenuta dai fotoni a causa del limitato e ristretto intervallo di deposizione (cioè diffusione laterale limitata) degli adroni nel corpo. Sebbene gli ioni C e i protoni abbiano vantaggi fisici simili rispetto ai raggi X, gli ioni C differiscono dai protoni nelle proprietà radiobiologiche e sono generalmente associati a prognosi sfavorevole e elevata mortalità durante il trattamento. Cornelius A. Tobias propose per primo l'uso degli ioni carbonio nella radioterapia, sostenendo che gli ioni più pesanti potrebbero essere più efficaci dei protoni. La differenza principale nella distribuzione della dose tra i due tipi di radiazioni è che lo ione C ha una piccola coda di frammentazione al di fuori del suo decadimento distale. Inoltre, lateralmente, gli ioni C – sono caratterizzati da un decadimento più ripido rispetto al fascio di protoni, che è più conforme al bersaglio a causa del picco di Bragg significativamente più stretto, che consente loro di colpire più efficacemente le masse tumorali e preservare al meglio i tessuti sani prima e dopo il tumore. Inoltre, il trasferimento lineare di energia (LET), che è la densità energetica delle particelle cariche depositate nel materiale che vengono attraversate dai protoni primari per unità di lunghezza, gli ioni 7, 8, 9.C inducono la massima biodisponibilità relativa (RBE) al picco di Bragg , e mostrano un'efficacia ottimale contro i tumori resistenti ai farmaci a valori LET di 150-200 keV/μm10 e 11. Inoltre, recenti progressi hanno dimostrato che le proprietà radiobiologiche del carbonio ionizzato denso hanno effetti terapeutici aggiuntivi nella terapia del cancro, migliorando le risposte immunitarie e riducendo il potenziale di angiogenesi e metastasi7. L’interesse per il potenziale clinico degli ioni C si è riflesso nel crescente numero di pazienti trattati negli ultimi due decenni. Gli studi di fase I e II condotti in Giappone hanno mostrato risultati promettenti in pazienti con cancro del pancreas localmente avanzato. Ulteriori studi clinici di fase II sono stati recentemente condotti in Germania per confermare questi risultati 12. Tuttavia, secondo il Particle Therapy Collaboration Group (PTCOG), il numero di centri attivi nel mondo è ancora limitato a 12; Principalmente in Europa (Italia, Germania, Austria) e Asia (Cina e Giappone), mentre sono in costruzione 13 centri negli Stati Uniti e in Francia.
Finora, una delle sfide più critiche di tutte le opzioni di terapia con particelle, inclusa la radioterapia con ioni C, è stata
Orario di pubblicazione: 23 maggio 2022
