BNCT: neutroni contro il cancro

Si sente parlare spesso di radiazioni come di qualcosa di misterioso ed orribile.
Forse a causa della cattiva informazione, forse per l'istintivo timore nei confronti di qualcosa che non riusciamo né a vedere né a percepire, eppure sempre presente: i cellulari, i computer, gli alieni ma soprattutto le banane sono sono sempre lì, pronti a bombandarci con i loro fasci, tanto invisibili quanto dannosi.

La radiazione è un fenomeno di emissione e di propagazione di energia, che può quindi avere diverse forme: calore, luce, particelle.
La prime cose che vengono generalmente in mente a riguardo sono Chernobyl, la bomba atomica e Homer Simpson, quando dovremmo soffermarci con più attenzione sulla semplicità della definizione che abbiamo dato.
Il mare, il metabolismo cellulare, un vulcano, l'ardere di una stella. Tutti questi fenomeni parlano di energia, che è un concetto troppo ampio e affascinante per essere stigmatizzato con leggerezza.

Le Radiazioni e la Medicina

Proprio quelle radiazioni che ci fanno inorridere sono invece lo strumento che permette di sopravvivere ad alcuni tra i mali peggiori che possano attaccare la vita umana.
Le radiazioni sono alla base delle principali tecniche diagnostiche, a partire dai più semplici raggi X alla più sofisticata PET (Positron Emission Tomography).
Le radiazioni non sono solo in grado di vedere la malattia, ma sono anche in grado di intervenire attivamente attraverso la radioterapia.
Questo termine racchiude tutte le terapie mediche che fanno uso di radiazioni ionizzanti, cioè con un'energia tale da essere in grado di strappare via elettroni da atomi o molecole e trasformarli in ioni.
Un particolare tipo di radioterapia è l'adroterapia; questa utiliza fasci di particelle pesanti, gli adroni, per andare a colpire i tumori. Avevamo già detto qui che possiamo usare come proiettili protoni e ioni carbonio, oggi ci concentreremo sui neutroni.

Boron Neutron Capture Theraphy

Il neutrone è stato scoperto nel 1932 e già nel 1936 viene proposta una sua applicazione in ambito medicale. L'idea fu di un fisico americano, Gordon Locher e si basa su una reazione che era appena stata scoperta, nel 1935, da Taylor e Goldhaber: la cattura di neutroni termici, cioè poco energetici, da parte di un isotopo non radioattivo del Boro, il 10B.

La reazione

La terapia si basa sull'assorbimento selettivo delle cellule tumorali di 10B all'interno e su un successivo irraggiamento con un fascio di neutroni, che dovranno essere termici alla profondità in cui il tumore si trova nel corpo umano; i neutroni dovranno cioè avere la giusta energia di 0,025 eV per innescare la reazione.
Quando riduciamo così tanto le dimensioni niente è più certo e determinato, siamo allora costretti a parlare in termini di probabilità e, lanciando un neutrone contro un atomo di boro, è molto probabile che avvenga proprio la reazione a cui siamo interessati (in fisichesedelleparticelle diremmo che la sezione d'urto è di 3800 barn!). Ciò avviene con un rilascio di energia di 2,79 MeV e, a dire la verità, le reazioni di cattura sono due e con diverse probabilità di accadere:

Cosa vogliamo ottenere in questo modo?
Vogliamo che il rilascio di energia avvenga in corrispondenza del tumore, inducendo un danno non riparabile sul DNA della cellula, che così muore.

Questo tipo di terapia non viene applicata a tutti i tipo di tumore, che sono tra loro molto diversi.
Lo scopo ultimo nella BNCT è la selettività, trovare cioè il modo di far concentrare il boro solo in corrispondenza della malattia, così da poter intervenire su quei tumori in cui né la chirurgia né la radioterapia convenzionale hanno il potere di fare qualcosa.

Il primo candidato per questa terapia è stato il Glioblastoma Multiforme, un tumore del cervello molto raro, con un'incidenza annuale in Europa di 1 su 100000.
Questo tipo di tumore, detto microinvasivo, è molto ramificato: durante la cura la maggior parte della massa viene rimossa chirurgicamente, ma ci sono cellule malate e metastasi che non siamo in grado di individuare e su cui la chemioterapia e la radioterapia convenzionale non sono in grado di intervenire.
Abbiamo per questo bisogno di una terapia selettiva così che, portando il boro a concentrarsi nelle cellule tumorali nascoste, possiamo poi irraggiare e distruggere ciò che rimane della malattia dopo l'intervento chirurgico di rimozione.

Un altro tipo di tumore particolarmente adatto ad essere trattato con la BNCT e il melanoma, una patologia della pelle molto aggressiva. Questo tipo di malattia genera delle metastasi che non riescono ad essere individuate, che tendono a viaggiare nel corpo e quindi a trasportare la malattia e a diffonderla agli altri organi.
Il melanoma è particolarmente adatto alla BNCT poiché in questo caso usiamo come carrier, cioè come molecola che trasporta il boro, la borofenilalanina (BPA per gli amici). Quest'ultima è un precursore della melanina di cui questo tipo di tumore, che nasce da una cellula predisposta alla sintesi della melanina, i melanociti, è molto ricco. La BPA tende in questo modo a concentrarsi unicamente sul tumore e riusciamo quindi, sempre dopo aver rimosso gran parte della massa malata chirurgicamente, ad irraggiare la zona circostante, eliminare ciò che rimane della malattia in modo da impedire alle metastasi di diffondersi.

Problematiche

Uno dei problemi principali di questa terapia è proprio ciò che la rende così unica, la selettività.
Affinché la terapia sia efficace vogliamo una quantità di 10B che sia più di 20 µg per grammo di tumore, e vogliamo che il boro si concentri proprio in corrispondenza della malattia, in modo da non danneggiare anche il tessuto sano; questi due traguardi non sono ancora stati raggiunti e sono oggetto di ricerca.
Lavorare con un fascio di neutroni è inoltre molto più complicato che lavorare con delle particelle elettricamente cariche, come possono essere gli elettroni o gli ioni carbonio, in quanto non abbiamo un modo efficiente di direzionarle come può essere invece un campo elettromagnetico.
Dobbiamo inoltre tenere conto del fatto che abbiamo bisogno non di neutroni qualsiasi, ma di neutroni che siano termici in corrispondenza della profondità di tessuto in cui si trova il tumore.
Come ci procuriamo i neutroni? Tipicamente da un reattore nucleare, i cui neutroni sono molto energetici, dobbiamo quindi preoccuparci di rallentarli per raggiungere l'energia giusta al nostro scopo.
I neutroni tendono poi a reagire con i materiali circostanti e potrebbero quindi causare una dose addizionale di radiazioni al paziente.

Un buon esempio, proprio come abbiamo già visto per CNAO, arriva dall'Italia, dove abbiamo provato ad arginare quest'ultimo problema.
Nel 2001 a Pavia, nel Laboratorio di Energia Nucleare Applicata (LENA), un paziente con metastasi al fegato causate da un adenocarcinoma del colon è stato trattato proprio con la BNCT.
Prima di tutto è stato somministrata una soluzione contenente boro al paziente a cui è stato successivamente asportato il fegato; solo l'organo è stato poi portato al reattore nucleare ed irraggiato con un fascio di neutroni, in modo tale che non tutto il corpo subisse la dose di radiazioni. L'uomo di 48 anni è stato per 5 ore senza fegato e l'intervento chirurgico è durato ben 21 ore; tuttavia il gioco è valso la candela in quanto dopo 4 settimane le funzioni epatiche erano tornate normali e tutti i markers tumorali risultavano negativi.

La Boron Neutron Capture Therapy è un sogno che va avanti dagli anni '30, con tanti pro e tanti contro, e che coinvolge numerosissime discipline: radiobiologia, fisica, cinetica-chimica, dosimetria.
Potrebbe essere la soluzione per alcune tra le più brutte malattie che possono colpire un essere umano; queste sono però molto rare e quindi meno sponsorizzate e finanziate.
Ma la ricerca ama le sfide, e la BNCT è proprio questo: un'idea che viaggia in direzione ostinata e contraria.