Una nuova tecnica di radioterapia per il trattamento del carcinoma cerebrale di alto grado – utilizza la radioterapia con micro-raggio personalizzata (MRT)

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Una nuova tecnica di radioterapia introdotta dagli scienziati del Center for Medical Radiation Physics (CMRP) dell’Università di Wollongong ha mostrato risultati promettenti per migliorare i risultati del trattamento nei pazienti con tumore al cervello .

Lavorando presso la struttura australiana di Synchrotron a Melbourne, gli scienziati hanno testato una tecnica per il trattamento del carcinoma cerebrale di alto grado utilizzando la radioterapia con microbeam personalizzata (MRT), combinandola con una valutazione innovativa della copertura della dose tumorale.

La MRT utilizza raggi X ultra-sottili, ognuno di diametro inferiore a quello di un capello umano, per distruggere il tessuto canceroso senza danneggiare il tessuto sano circostante.

Il targeting preciso consente inoltre di erogare al tumore dosaggi molto più elevati in tempi brevissimi.

I ricercatori hanno utilizzato le scansioni TC, eseguite presso Monash Biomedical Imaging, per mappare i singoli tumori cerebrali nei ratti e quindi hanno utilizzato la MRT per fornire alte dosi alle cellule tumorali con precisione millimetrica.

Il sincrotrone è in grado di produrre raggi X molto più potenti rispetto alle tradizionali macchine a raggi X ospedaliere.

I ratti trattati con MRT sono sopravvissuti per molto più tempo rispetto ai ratti non irradiati con gli stessi tumori cerebrali aggressivi. Non sono stati osservati effetti avversi a lungo termine a seguito di MRT e non si è verificato un notevole calo di cognizione, visione, mobilità o comportamento nei ratti trattati.

Lo studio, che comprendeva ricercatori dell’Ilalara Health and Medical Research Institute (IHMRI), Australian Synchrotron — Organizzazione nucleare australiana di scienza e tecnologia (ANSTO), Central Coast Cancer Center e Prince of Wales Hospital, è pubblicato in Scientific Reports.

È il primo studio australiano a lungo termine sulla sopravvivenza del carcinoma cerebrale MRT e il primo al mondo a esaminare l’ottimizzazione della MRT preclinica personalizzata del carcinoma cerebrale di alto grado.

I risultati e i metodi hanno studiato la MRT da più punti di vista tra cui radiazioni e fisica medica, radiobiologia, diagnostica per immagini e sopravvivenza preclinica.

Autore principale e UOW Ph.D. la studentessa Elette Engels ha affermato che i tumori cerebrali sono tra i tumori più difficili da trattare.

“I tumori cerebrali richiedono strategie di trattamento più rigorose e innovative per superare la loro resistenza alle radiazioni”, ha affermato.

“Questa nuova tecnica MRT tratta i tumori con lame a raggi X molto sottili simili a wafer per erogare dosi molto elevate di radiazione di sincrotrone erogate in brevissimo tempo.

“Questo non è possibile con le macchine convenzionali a raggi X per radioterapia negli ospedali. La nostra ricerca mostra che il trattamento delle cellule tumorali è molto più efficace quando la dose di radiazioni viene erogata utilizzando MRT.

“Il nostro lavoro mira a ottimizzare questa tecnica e personalizzare l’intera procedura, dalla diagnosi al trattamento, per ogni paziente.”

Il trattamento dei tumori cerebrali nei bambini e nei giovani adulti è particolarmente difficile. Negli ultimi 30 anni, i risultati del trattamento per il cancro al cervello nei bambini e nei giovani adulti sono rimasti fermi.

L’autore corrispondente Dr. Moeava Tehei ha affermato che, nonostante i progressi nelle tecniche chirurgiche, nella radioterapia e nella chemioterapia, i tumori cerebrali rimangono difficili da rimuovere chirurgicamente e possono essere resistenti alle radiazioni e ai trattamenti farmacologici.

“Una svolta nel trattamento del cancro al cervello è in ritardo”, ha detto il dott. Tehei.

“Molti sopravvissuti al cancro al cervello soffrono di effetti collaterali cognitivi e somatici del trattamento, con maggiori rischi nei bambini.

“Risparmiare tessuto normale dai danni è la chiave per migliorare la qualità della vita dei sopravvissuti al cancro del cervello.”

Il MRT con sincrotrone personalizzato promette un trattamento più rapido ed efficace dei tumori cerebrali.

L’attuale radioterapia per un tumore al cervello viene in genere erogata per diverse settimane con trattamenti di radiazione giornalieri. Invece di colpire un’area più ampia del cervello con dosi più basse di raggi X, ripetuta più volte, la nuova tecnica prevede una singola dose di raggi X con un tasso di dose ultra elevato, mirata precisamente alle cellule cancerose.

“Una singola dose di questo trattamento MRT con sincrotrone personalizzato potrebbe essere più efficace dei trattamenti con più radiazioni come vengono erogati ora. I tempi di attesa e il dosaggio tossico potrebbero essere eliminati se questa tecnologia fosse disponibile negli ospedali “, ha affermato Engels

Sebbene siano necessarie ulteriori ricerche, con l’obiettivo di passare a studi clinici su pazienti umani, le prove fino ad oggi suggeriscono che le tecniche sperimentate in questo studio saranno trasferibili a pazienti umani.

Engels ha anche voluto ringraziare tutti i coautori, in particolare il professor Michael Lerch, capo della School of Physics della UOW, e la professoressa associata Stephanie Corde, vicedirettore della Radioterapia oncologica dell’ospedale medico del Prince of Wales Hospital di Sydney, per il loro significativo contributo alla studia.


Negli ultimi 30 anni, i risultati del trattamento per il cancro al cervello nei bambini e nei giovani adulti sono rimasti fermi. Nonostante i progressi significativi nel trattamento del cancro al cervello che coinvolge resezione chirurgica, radioterapia e chemioterapici, la resistenza intrinseca di questi tumori sfida il successo del trattamento1.

La prognosi è ancora peggiore per gliosarcomi di alto grado e il glioblastoma multiforme (GBM) e i trattamenti devono bilanciare il rischio di deficit neurologici2.

Di conseguenza, tra il 1990 e il 2016 si è registrato un lieve miglioramento della sopravvivenza al tumore al cervello e al sistema nervoso centrale (solo una differenza di mortalità del -2,2%) nonostante un aumento dell’incidenza del 17 %3. A causa della natura estremamente invasiva dei tumori cerebrali di alto grado, i trattamenti rimangono impegnativi e sono ancora necessarie ricerche su nuove terapie con risultati migliori.

La radioterapia a microsfere di sincrotrone (MRT) è un’innovativa tecnica di trattamento del cancro proposta nel 19924. La MRT implementa fasci spazialmente frazionati di radiazioni di chilovoltaggio che sono decine di micron di larghezza e distanziate di centinaia di micrometri.

La sorgente di radiazione di sincrotrone è estremamente brillante e non divergente, in grado di produrre un flusso elevato di fotoni che porta a tassi di dose di irraggiamento verso l’alto di migliaia di Gray (Gy) al secondo5.

L’array di microbeam di sincrotrone contiene beamlet di dimensioni micron che promuovono il trattamento radiochirurgico dei tumori (con dosi in-beam o di picco, di centinaia di Gray).

Inoltre, si osserva un normale risparmio dei tessuti, a causa della dose biologicamente tollerabile tra i micro-raggi (definita come dose a valle). Numerosi studi preclinici supportano la riduzione del normale danno tissutale con MRT, trattando efficacemente il cancro 5-8.

Tra le strutture di sincrotrone che forniscono i prerequisiti tecnici per esplorare la MRT, vi è una significativa variazione tra le tecniche di trattamento tra cui dimensioni e spaziatura del fascio, filtraggio del fascio, guida dell’immagine, velocità di dosaggio e dosi.

Una grande incertezza nella prescrizione della MRT è correlare questi parametri al controllo sistematico del tumore. I primi studi da 4,9 a 12 utilizzano le dosi di ingresso cutaneo come standard, fornendo una conoscenza insufficiente della copertura della dose tumorale in profondità.

Alcuni studi recenti 6,12-15 descrivono in profondità la valle e la dose di picco nel cervello, tuttavia, vi è una scarsa copertura individualizzata del volume del tumore, come tipicamente utilizzato nelle cliniche. La guida alle immagini nella MRT è necessaria per garantire la copertura tumorale ma non è implementata in tutti gli studi.

Le Duc et al.16 sono tra i pochi studi a considerare la co-registrazione di immagini e il posizionamento degli animali di conseguenza per colpire meglio i tumori cerebrali. Le dosi MRT spazialmente frazionate sono difficili da confrontare con le modalità esistenti. Studi come Smyth et al.17 hanno ipotizzato che la dose a valle della MRT sia il parametro più correlabile ai trattamenti a fascio largo standard, ma l’effetto della modulazione spaziale della dose non è ben compreso.

Inoltre, le relazioni dirette tra studi MRT in vitro e in vivo sono scarse. Mentre vengono condotti studi in vitro per discernere la risposta delle cellule a MRT18,19, non sono direttamente correlati agli studi in vivo. Idealmente, poiché l’attuale focus della pratica clinica è la personalizzazione, gli schemi negli studi in vitro dovrebbero essere utilizzati per prevedere le risposte in vivo nel tentativo di personalizzare la MRT per una migliore specificità del paziente.

La MRT potrebbe anche beneficiare di approcci più clinicamente orientati alla pianificazione del trattamento. La copertura della dose MRT del volume del tumore e degli organi a rischio (OAR) deve essere ulteriormente studiata. Ciò richiede la conoscenza della distribuzione della dose di picco e valle nell’anatomia e le tossicità dei tessuti normali correlate alla MRT.

Le normali risposte tissutali alla MRT mostrano una buona tolleranza alle dosi a valle superiori a 18 Gy5–7,10,20–24. Tuttavia, i segni clinici negli animali a seguito di MRT non sono ben documentati. Il trattamento del tumore al cervello nei pazienti umani può causare effetti avversi, tra cui stanchezza, reazioni cutanee, mal di testa, nausea, convulsioni e perdita di capelli22.

Precedenti studi preclinici sulla MRT presentano poche segnalazioni di sintomi di radiazioni precoci e non esiste uno standard per la gestione dei sintomi della MRT cerebrale fino ad oggi. In genere, tuttavia, non si riscontrano effetti collaterali a lungo termine in termini di funzionalità della cella20, perdita di memoria23, funzione motoria e comportamento24.

Il futuro della MRT richiede quindi la correlazione tra dosimetria e pianificazione del trattamento, imaging accurato dei tumori cerebrali e guida delle immagini e segnalazione di segni clinici e gestione dei sintomi.

Ad oggi, non esistono studi preclinici nella MRT che combinino la necessaria dosimetria, la guida alle immagini, la pianificazione del trattamento e il follow-up a breve e lungo termine. Questo studio è progettato per dimostrare le fasi necessarie per l’ottimizzazione della MRT preclinica personalizzata del carcinoma cerebrale di alto grado: pianificazione del trattamento, approfondimenti radiobiologici, guida delle immagini e strategie di gestione dei sintomi.

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Ulteriori informazioni:  Elette Engels et al. Verso una radioterapia con microbeam di sincrotrone personalizzata,  Scientific Reports  (2020). DOI: 10.1038 / s41598-020-65729-z

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