Gli scienziati hanno presentato la prima unità nazionale per la terapia a cattura di boro-neutroni delle malattie oncologiche. I test clinici inizieranno la prossima estate. Sui vantaggi del nuovo metodo, efficace anche contro i tumori inoperabili
Il cancro nasce da cellule alterate che si dividono in modo incontrollato. Se il sistema immunitario non le riconosce in tempo, il tumore cresce, si formano focolai secondari di patologia – le metastasi – in organi e tessuti, avvicinando l’esito letale.
L’asportazione chirurgica completa del tumore non è sempre possibile. Inoltre, anche dopo un intervento apparentemente riuscito, non sono rare le recidive e la scoperta di metastasi nascoste. In questo caso, i medici sono costretti a ricorrere a radiazioni e chemioterapia, colpendo cellule e tessuti sani.
Il compito degli scienziati è quello di migliorare l’accuratezza dell’impatto, per sviluppare i cosiddetti metodi di targeting. Una delle opzioni è quella di utilizzare l’energia delle reazioni nucleari.
Un’esplosione nucleare all’interno di una cellula
Nel 1932 il fisico britannico James Chadwick scoprì il neutrone. Ben presto fu chiaro che i nuclei di boro-10 hanno un’incredibile capacità di catturare neutroni lenti (termici), decadendo di conseguenza in nuclei di litio-7 ed elio-4 (particelle alfa).
La cattura del boro-neutrone (come viene chiamata) è accompagnata dal rilascio di energia, ma tutta viene dissipata entro un raggio di cinque-sette micron (micrometri). Questo è il chilometraggio delle particelle appena formate.
Nel 1936, il radiologo americano Gordon Locher e negli anni ’40, indipendentemente da lui, il medico e chimico sovietico Anatoly Kachurin, proposero di applicare questo microburst nucleare per trattare il cancro. La dimensione di una cellula è di circa dieci micron e se si somministrano radioisotopi di boro direttamente nel tumore e lo si irradia con neutroni, i tessuti sani circostanti non saranno colpiti dalla microesplosione.
La terapia di cattura del boro-neutrone (BNCT) è stata sperimentata negli anni ’50 in URSS, presso l’Istituto di Radiologia Medica di Obninsk, e i primi test clinici sono stati condotti nel 1951 negli Stati Uniti. A questo scopo fu costruito uno speciale reattore nucleare presso il Brookhaven National Laboratory.
Negli anni successivi, la ricerca è proseguita in altri reattori negli Stati Uniti e in Giappone. Ma i preparati disponibili all’epoca non consentivano di ottenere un’elevata concentrazione dell’isotopo boro-10 nelle cellule tumorali. Oggi la borfenilalanina (BPA) e il borcaptato di sodio (BSH) sono utilizzati per la somministrazione mirata di boro ai tumori – composti sicuri per l’uomo e utilizzati come agenti di contrasto per la diagnostica dei tumori alla tomografia a risonanza magnetica.
Gli esperimenti nei reattori nucleari hanno confermato l’efficacia del BSH per il trattamento dei tumori cerebrali e di alcuni altri tipi di cancro. Ma le cliniche convenzionali hanno bisogno di apparecchiature compatte. La creazione di tali apparecchiature si è rivelata estremamente difficile.
Gli scienziati dell’Istituto di fisica nucleare della sezione siberiana dell’Accademia delle scienze russa (INP SB RAS) hanno sviluppato un impianto basato su un acceleratore lineare con un bersaglio generatore di neutroni al litio. Il progetto è stato avviato nel 1998. Nel 2004 è stato ottenuto un campione pilota della sorgente. Nel 2010 sono stati effettuati i primi test su colture cellulari. Oggi è l’unica struttura al mondo che produce neutroni epitermici (con energie da 0,5 eV a 10 keV) per la ricerca scientifica.
Ai giornalisti è stato mostrato durante una visita organizzata nell’ambito dell’iniziativa “Turismo scientifico popolare” del Decennio della Scienza e della Tecnologia, che prevede visite ai siti del progetto nazionale “Scienza e Università”.
“Ci sono voluti più di vent’anni per risolvere il difficile compito di creare una potente sorgente di neutroni di una certa portata fisica in una struttura relativamente compatta”, spiega il responsabile del laboratorio BNZT, il dottor Sergey Taskaev, dottore in Scienze fisiche e matematiche.
L’elemento iniziale dell’impianto è una sorgente di ioni di idrogeno con carica negativa. Il fascio che ne proviene è diretto all’acceleratore tandem, dove gli ioni cambiano carica e vengono accelerati. I protoni ad alta energia che si muovono in un campo magnetico colpiscono il bersaglio – un disco di rame con sputtering di litio. In seguito alla collisione con i nuclei di litio, si verifica una reazione nucleare e vengono rilasciati neutroni, formando un fascio terapeutico.
“Oggi esistono circa una dozzina di tipi diversi di acceleratori nel mondo, ma nessuno di essi è stato in grado di produrre il fascio di protoni ad alta corrente necessario per bombardare un bersaglio – una sorgente di neutroni con caratteristiche energetiche specifiche. Abbiamo avuto più successo di altri perché abbiamo offerto una soluzione che fornisce una migliore qualità del fascio”, osserva Taskaev.
Un altro know-how è la progettazione del bersaglio che genera neutroni. I fisici ritengono che il modo migliore per generare neutroni epitermici sia bombardare i nuclei di litio con protoni. Tuttavia, per molto tempo si è creduto che fosse impossibile realizzare un bersaglio di litio metallico a causa della sua morbidezza, del basso punto di fusione e dell’elevata attività chimica. Per questo motivo sono stati utilizzati il berillio-9 e il carbonio-13. Ma con essi i fasci di particelle cariche devono essere molto più potenti. Gli scienziati siberiani sono stati i primi al mondo a utilizzare con successo un bersaglio di litio in un impianto LNGT.
Esperimenti su grandi mammiferi
L’anno scorso, i ricercatori dell’Istituto e i colleghi dell’Università Statale di Novosibirsk (NSU) hanno presentato i risultati di un esperimento unico nel suo genere per il trattamento di animali domestici con tumori maligni. A cani e gatti è stato iniettato un farmaco contenente boro ed è stato irradiato da una sorgente di neutroni accelerati. Tutto è stato fatto in vivo, cioè direttamente sugli organismi.
“Per mezzo secolo sono stati condotti molti esperimenti in tutto il mondo, ma finora non c’erano studi sui grandi mammiferi. Noi siamo leader assoluti in questo campo”, sottolinea Vladimir Kanygin, capo del Laboratorio di Medicina Nucleare e Innovativa della Facoltà di Fisica della NSU, candidato a Scienze Mediche.
– Più di tre dozzine di animali sono già stati trattati con il BNZT.
“La terapia nel complesso ha dimostrato un’alta efficacia in formazioni come il melanoma, il glioblastoma, i tumori di varie localizzazioni, compresi quelli in fase metastatica con coinvolgimento di organi e sistemi distanti”, continua lo scienziato. “Questo vale sia per i farmaci tradizionali che per quelli di nuova sviluppo. Poiché il metabolismo nella neoplasia è più veloce rispetto all’organismo, di conseguenza si verifica un accumulo eccessivo dei farmaci. E quanto più maligna è la formazione, tanto più efficace è il metodo”.
Kanygin specifica che hanno sperimentato solo con tumori spontanei (non inoculati, come nei topi di laboratorio). I cani e i gatti tendono ad avere gli stessi tipi di cancro dell’uomo, quindi questo studio può essere visto come un test preclinico prima della sperimentazione umana.
Dall’idea alla clinica
Lo sviluppo più attivo della terapia con fasci di neutroni è in Giappone. Dal 2020, in due centri medici si trattano i tumori utilizzando sorgenti di neutroni accelerati.
In Cina, dall’ottobre 2022, sono in corso test clinici presso l’ospedale di Xiamen, utilizzando un impianto sviluppato congiuntamente dall’Istituto di fisica nucleare della sezione siberiana dell’Accademia delle scienze russa e da TAE Life Sciences (USA).
A dicembre sono stati avviati esperimenti sull’uomo in Corea del Sud.
La Russia sta attuando un programma governativo per portare alla fase clinica la sorgente di accelerazione di neutroni costruita presso l’Istituto di fisica nucleare della sezione siberiana dell’Accademia delle scienze russa. Entro la metà del 2024, gli specialisti dell’Istituto dovranno produrre e inviare la sorgente al Centro Nazionale di Ricerca Medica per l’Oncologia N.N. Blokhin di Mosca, dove sono previsti studi preclinici e clinici.
Allo stesso tempo, per la prima volta in un unico studio, verranno testate sia le apparecchiature che i nuovi composti per la somministrazione mirata di boro sviluppati in Russia per sostituire quelli costosi importati. Gli studi dovrebbero essere completati nel 2027 ed entro il 2030 il BNZT sarà disponibile per i pazienti.
