Visita al CNAO di Pavia

Parlando di scienza: fisica delle particelle, biologia umana e medicina – l’acceleratore di particelle a Pavia.

Questo che riporto è un piccolo pezzo che ho preparato per il blog di AISF, e che trovate qui[link].

Giovedì 12 gennaio un gruppo di AISF Unimi – con l’aggiunta di alcuni ragazzi da Pavia e da Bologna- è stato in visita al CNAO di Pavia, ovvero al Centro Nazionale di Adroterapia Oncologica –un centro recente in cui la fisica delle particelle trova un’applicazione estremamente avanzata in campo medico.

L’adroterapia consiste nella cura di tumori tramite l’uso di adroni – particelle composte da quarks e che risentono dell’interazione forte. Vengono utilizzati protoni e ioni carbonio, prodotti e accelerati nel sincrotrone situato nell’edificio stesso.

È essenzialmente lo stesso tipo di sincrotrone utilizzato per la ricerca fondamentale, come nel caso dell’LHC. La peculiarità di questi acceleratori di particelle costruiti e utilizzati per trattamenti medici e per ricerche cliniche  è però proprio la loro “calibrazione” in termini umani, biologici. Le modalità, le finalità e in parte le limitazioni con cui la ricerca viene portata avanti sono anch’esse differenti.

I tumori trattati sono di una tipologia molto difficile: sono di tipo radio resistente, e quindi non trattabili con la radioterapia convenzionale. Vengono curati inoltre quei tumori che si trovano in profondità e vicino ad organi critici – all’interno della testa o vicino alla spina dorsale (tumori cerebrali, melanomi oculari…).

Per questa ragione sono necessarie particelle che riescano a raggiungere la zona malata senza danneggiare il tessuto sano circostante. Gli adroni, a differenza dei fotoni usati in radioterapia, hanno proprio questa caratteristica: rilasciano la maggior parte della loro energia in corrispondenza di quello che viene definito il loro picco di Bragg. Si riesce ad agire nella zona del tumore in modo estremamente accurato ed efficace. Quello che accade è la rottura dei legami chimici delle macromolecole e specialmente la rottura in più punti del DNA delle cellule tumorali, che non riesce così più a ripararsi e a riprodursi.

Una precisione così elevata nella tecnica di irraggiamento combacia con un’altrettanto elevata precisione nel posizionamento del paziente: un braccio robotizzato orienta il lettino, maschere di un particolare materiale immobilizzano il paziente, la cui posizione viene costantemente monitorata attraverso telecamere all’infrarosso e tubi a raggi X, oltre ad un piano tridimensionale messo a punto con l’uso di TC, RM, PET.

Il sincrotrone del CNAO viene fermato ogni tre mesi per controlli e manutenzione e proprio in queste occasioni è possibile visitarlo e osservare tutte le sue parti: è situato nel bunker sotterraneo del centro e si tratta di un anello di 25 metri di diametro e con  una circonferenza di 80 metri.

In due sorgenti vengono prodotti i protoni e gli ioni carbonio, che attraversano inizialmente un acceleratore lineare (LINEAR) e sono poi condotti nell’anello vero e proprio, dove raggiungono velocità quasi relativistiche. Una parte del fascio viene poi estratta dall’anello per essere guidata in una delle tre sale di trattamento dove il paziente viene irraggiato.

La progettazione e realizzazione  di questo sincrotrone ha visto la collaborazione di ingegneri e fisici della Fondazione CNAO e di esperti di vari istituti come INFN e CERN. Fisici e medici lavorano in parallelo.

A farci da guida sono stati un fisico – il Dr. Marco Pullia – e un tecnico di radiologia. Fisica e medicina, infatti, collaborano fianco a fianco in questo che è l’unico centro in Italia per l’adroterapia, e uno dei più importanti e all’avanguardia nel mondo.

Per  noi che siamo studenti universitari a Fisica, è stato impressionante ascoltare e osservare da vicino applicazioni così avanzate e così delicate della fisica delle particelle. È un settore, inoltre, ancora giovane e in cui ci sarà molto da sviluppare. Sicuramente è stato un pomeriggio densissimo di stimoli e riflessioni.

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Vista dall’alto del sincrotrone. In blu sono i dipoli. In fondo alla sala, quattro percorsi portano il fascio nelle tre sale di irraggiamento. Parallelamente alle scale si vede continuare la struttura della macchina verso l’alto: un fascio viene condotto ad un piano rialzato, perchè poi possa arrivare anche verticalmente.
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Vista dall’alto del sincrotrone. Le sorgenti sono le due scatole grigie.
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Vista dall’alto del sincrotrone. Il LINEAR è il blocco magenta.
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Quadrupoli in verde…
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… e sestupoli in giallo.

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Maschera e marcatori.
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Foto di gruppo!

Credits: le foto sono scattate da me tranne quella di gruppo.

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