El CSIC desenvolupa un nou sistema de monitoratge de la teràpia hadrònica contra el càncer

Les proves s’han realitzat en les instal·lacions clíniques del centre de protonterapia de Cracòvia (Polònia), amb la finalitat d’avaluar les capacitats del sistema i els resultats obtinguts han estat satisfactoris

L’Institut de Física Corpuscular (IFIC), centre mixt del Consell Superior d’Investigacions Científiques (CSIC) i la Universitat de València, ha provat amb èxit el sistema dissenyat per al monitoratge de la teràpia hadrònica, un nou tipus de teràpia contra el càncer que, a diferència de la radioteràpia convencional de raigs X, usa partícules carregades pesades, generalment protons (protonteràpia) o, en menor mesura, ions de Carboni. Gràcies a la propietat física d’aquesta mena de partícules que deposita la major part de l’energia al final del seu recorregut, en una zona concreta coneguda com a pic de Bragg, és possible concentrar la dosi de radiació de forma localitzada, reduint d’aquesta manera el risc de danyar els teixits sans. A més, les partícules pesants destrueixen el tumor amb major efectivitat que els fotons.

Aquest sistema, provat en les instal·lacions clíniques del centre de protonteràpia de Cracòvia (Polònia), està dissenyat per al control d’aquesta mena de teràpia, utilitzada per al tractament d’uns certs tumors que poden arribar a ser molt difícils de tractar amb les tècniques convencionals, com aquells que requereixen d’altes dosis de radiació per al seu control i es troben prop d’òrgans de risc, o tumors pediàtrics, donada la sensibilitat dels òrgans que estan encara en desenvolupament.

Precisament, l’alta concentració de la dosi administrada fa que aquest tipus de teràpia siga més sensible a desviacions respecte al tractament planificat, per la qual cosa monitorar el tractament en temps real suposaria una millora substancial en la seua qualitat i precisió. La gran concentració de dosi en una regió concreta exigeix una alta precisió per a cobrir la zona a irradiar i no danyar teixits externs. Per a minimitzar els riscos, s’incrementen els marges de seguretat de la zona a tractar, la qual cosa suposa una limitació del potencial de la tècnica. Per això, el disposar de la capacitat de monitorar el rang del feix de tractament en temps real permetria adaptar la planificació dins d’uns marges més ben delimitats i aprofitar al màxim el potencial de la tècnica.

Grup IRIS

El grup d’investigació IRIS de física mèdica, coordinat per la investigadora del CSIC a l’IFIC Gabriela Llosá Llácer, treballa en la millora de diagnòstic i monitoratge de la teràpia, mitjançant un detector de raigs gamma tipus cambra Compton, format per cristalls centellejadors continus de LaBr3 acoblats a fotomultiplicadors de Silici (SiPM).

Els resultats són esperançadors. Amb les dades obtingudes, fent ús de l’algorisme de reconstrucció espectral desenvolupat pel grup i de diferents tècniques per a la selecció d’esdeveniments, ha estat possible obtindre una imatge 4D de la posició i energia dels fotons emesos per un feix produït en irradiar amb protons un fantoma (material que simula les propietats dels teixits humans) a la sala de tractament del centre de protonteràpia. A més, variant l’energia del feix, s’ha aconseguit discriminar desplaçaments de 2 mm en la posició del pic de Bragg, el valor més precís obtingut fins hui amb aquesta mena de detectors.

Actualment, a nivell mundial, s’investiguen diferents tècniques de monitoratge, però totes elles presenten problemes de baixa eficiència o relacionats amb la utilització de sistemes de difícil integració amb el tractament. Les cambres Compton han aparegut com unes prometedores candidates per a aquesta aplicació, gràcies a la seua capacitat per a obtindre imatges de les distribucions de fotons en el rang de les energies dels MeV amb un disseny més compacte i major facilitat per a integrar-se a la sala de tractament que altres tecnologies.

Posada en valor del sistema de monitoratge

L’estreta col·laboració del grup d’investigació IRIS de física mèdica de l’IFIC amb centres com el Centre Nacional d’Acceleradors (CNA) de Sevilla, el KVI-Center for Advanced Radiation Technology (Groningen, Països Baixos), o els centres de protonteràpia Quironsalud de Madrid i Cracòvia (Polònia) ha servit al grup per a identificar les millores oportunes en el prototip, posicionant-se com un dels més avançats entre els grups que treballen en el desenvolupament de cambres Compton per a aquesta aplicació.

El grup compta a més amb la patent d’un nou sistema i mètode per a la detecció i identificació d’esdeveniments no desitjats que degraden la qualitat del senyal, capaç de millorar les prestacions del dispositiu. Addicionalment, el grup utilitza tècniques basades en l’ús de xarxes neuronals per a la selecció d’esdeveniments, amb la finalitat d’augmentar la relació senyal-soroll prèviament a la reconstrucció de la imatge. Tant les simulacions realitzades com les primeres evidències experimentals obtingudes són indicatives de les possibilitats d’aquesta tecnologia per a aconseguir la precisió necessària en el seu ús clínic.

L’actual fase en què es troba el grup IRIS és una etapa de prova de concepte i valorització de la tecnologia, a través del projecte VALMONT, finançat per la Agència Valenciana de la Innovació (AVI), com a següent pas cap a la seua introducció en el mercat. En aquest moment s’està desenvolupant un prototip viable clínicament i s’està validant en condicions pròximes a les reals amb la finalitat d’elevar la seua Technology Readiness Level (TRL) fins a un nivell 7.

A més, el projecte VALID, finançat pel Ministeri de Ciència i Innovació, permetrà realitzar proves al centre de protonteràpia Quironsalud de Madrid i avaluar el seu ús també en altres àmbits. Amb això es pretén despertar l’interés de la tecnologia en les empreses per a la seua transferència i comercialització.

Cal destacar que la teràpia hadrònica està en ràpida expansió gràcies als avanços tecnològics dels últims anys, i suposa un mercat en auge. A més, Espanya espera situar-se a l’avantguarda gràcies a la pròxima construcció i integració en el sistema públic de salut de 10 acceleradors per a protonteràpia, fruit d’un acord entre la Fundació Amancio Ortega i el Govern d’Espanya, que se sumaran als dos centres privats ja en actiu.