WIDEST (NCT) Wide Spread Tumours (NCT) Saverio Altieri

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1 WIDEST (NCT) Wide Spread Tumours (NCT) Saverio Altieri 1

2 Boron Neutron Capture Therapy (BNCT) n + 10 B! #& % #$ 7 Li ( 7 Li) * + á + á MeV MeV 6.1% 93.9% "! 7 Li + ã (0.477MeV) 2

3 CARATTERISTICA ESSENZIALE DI UNA TERAPIA ANTITUMORALE LA SELETTIVITA Questa caratteristica risulta essenziale quando il tumore è diffuso e invade un intero organo vitale Con la NCT si può irraggiare un organo intero per distruggere selettivamente le cellule tumorali senza danneggiare l organo. Esempi: FEGATO POLMONE 3

4 STUDI PRELIMINARI SULLA BNCT DEI TUMORI POLMONARI effettuati dal mio gruppo PRIN Finanziamento MIUR di 100 Keuro Coordinatore nazionale: S. Altieri ASSORBIMENTO DEL BORO NELLE METASTASI POLMONARI IN MODELLO ANIMALE SIMULAZIONE MONTE CARLO DELLA DISTRIBUZIONE DELLA DOSE NEUTRONICA NEL POLMONE CON FANTOCCIO ANTROPOMORFO 4

5 ASSORBIMENTO DEL BORO MODELLO ANIMALE MESSO A PUNTO UN MODELLO ANIMALE CHE CI PERMETTE DI OTTENERE METASTASI POLMONARI DOPO 8-10 GIORNI DALL INOCULO DELLE CELLULE TUMORALI 5

6 ASSORBIMENTO DEL BORO MISURA MISURA CONCENTRAZIONE: SPETTROMETRIA α 10 B ( n,! ) IMAGING BORO: AUTORADIOGRAFIA NEUTRONICA 7 Li Spettri α emessi da campioni di tessuto polmonare sano e tumorale di ratto trattato con BPA Autoradiografia neutronica di un campione di tessuto polmonare con tumore (zone scure a maggiore concentrazione di B) di ratto trattato con BPA 6

7 SIMULAZIONE MONTE CARLO IRRAGGIAMENTO POLMONE SENZA ESPIANTO VERIFICARE LA POSSIBILITA DI IRRAGGIARE UN INTERO POLMONE USANDO FASCI DI NEUTRONI ESTERNI SENZA ESPIANTO LA SIMULAZIONE E STATA EFFETTUATA COL CODICE MCNP E IL FANTOCCIO ANTROPOMORFO ADAM (ENEA BOLOGNA) 7

8 SIMULAZIONE MONTE CARLO IRRAGGIAMENTO POLMONE SENZA ESPIANTO SORGENTE DI NEUTRONI BEN COLLIMATA 11 cm x 26 cm PER IRRAGGIARE UN INTERO Due fasci esterni di neutroni A P P A 8

9 SIMULAZIONE MONTE CARLO SCELTA ENERGIA NEUTRONI flusso neutronico termico x 1 da neutroni termici da neutroni di 1 KeV Distribuzione del flusso neutronico termico lungo l asse x 1 quando le sorgenti esterne sono costituite da neutroni termici (triangoli) o da neutroni epitermici (quadrati) 9 x 1

10 SIMULAZIONE MONTE CARLO NEUTRONI EPITERMICI DA 1 KeV C C T H = 5 E n = 1KeV Dose neutronica pesata biologicamente tumore tessuti sani E n = 1KeV Distribuzione della dose neutronica pesata biologicamente se si assume di irraggiare con neutroni da 1 KeV un polmone in cui il rapporto di concentrazione del Boro fra tumore e tessuto sano è pari a 5. Come si vede la dose nel tumore risulta oltre 5 volte più grande nel tumore rispetto ai tessuti sani 10

11 A CHE PUNTO SIAMO NELLO STUDIO DELLA BNCT PER I TUMORI POLMONARI? ASSORBIMENTO DEL BORO NELLE METASTASI POLMONARI IN MODELLO ANIMALE SIMULAZIONE MONTE CARLO DELLA DISTRIBUZIONE DELLA DOSE NEUTRONICA NEL POLMONE CON FANTOCCIO ANTROPOMORFO Buone indicazioni dalla neutronigrafia e dalle prime misure con spettrometria α Buone indicazioni con MCNP e ADAM per fasci esterni di neutroni epitermici senza espianto 11

12 COSA FARE PER AVVICINARSI AL TRATTAMENTO DEL PAZIENTE? Distribuzione della dose PASSARE da ADAM a fantocci a voxel più dettagliati (VIP-Man) e studiare diverse sorgenti neutroniche Riproduzione della geometria del fantoccio a voxel VIP-MAN per MCNP Abbiamo già quasi tutti i mezzi e l esperienza per farlo 12

13 COSA FARE PER AVVICINARSI AL TRATTAMENTO DEL PAZIENTE? Misura del Boro nel polmone di ratto con tumore Continuare lo studio della cinetica del Boro nel tumore polmonare e nel polmone di ratto con la spettrometria α e l autoradiografia neutronica Abbiamo la posizione di irraggiamento, il modello animale, il criostato, il sistema di irraggiamento Bisogna comprare ratti e materiale di mantenimento, BPA, rivelatori al Si, materiale per la radiografia neutronica, pagare il tempo reattore 13

14 COSA FARE PER AVVICINARSI AL TRATTAMENTO DEL PAZIENTE? Misura del Boro nel sangue, nell osso, nella pelle L uso di fasci esterni per irraggiare il polmone impone la conoscenza della concentrazione di Boro in tutti i tessuti attraversati dai neutroni:pelle, osso, sangue, midollo Il metodo della spettrometria α richiede che per la misura del Boro il campione venga posto sotto vuoto e di conseguenza: non possono essere analizzati campioni liquidi o friabili. Per il calcolo della concentrazione è necessario conoscere il de/dx delle α per quel particolare tessuto (secco) per energie inferiori a 1470 KeV. Tali valori non sono reperibili in letteratura e devono essere misurati a priori per ognuno dei materiali di interesse 14

15 COSA FARE PER AVVICINARSI AL TRATTAMENTO DEL PAZIENTE? Misura del Boro nel sangue, nell osso, nella pelle Per superare le difficoltà che in questo caso incontra la spettrometria α possiamo far ricorso alla spettrometria γ. Dato che il 10 B non diventa radioattivo per cattura neutronica, bisogna rivelare il γ di diseccitazione del 7 Li Prompt Gamma Neutron Activation Analisys (PGNAA) Si possono misurare così anche altri elementi come H o N n + 10 B! #& % #$ 7 Li 7 * ( Li) + á + á MeV MeV 6.1% 93.9% "! 7 Li + ã(0.478mev) 15

16 Misura del Boro nel sangue, nell osso, nella pelle Prompt Gamma Neutron Activation Analisys (PGNAA) Attrezzare un canale al LENA # th 7! 2! 1 " 10 cm s Canale tangenziale 16

17 Misura del Boro nel sangue, nell osso, nella pelle Prompt Gamma Neutron Activation Analisys (PGNAA) Apparato di misura di PGNAA del MIT di Boston 17

18 IN CONCLUSIONE SUL POLMONE E OLTRE DOBBIAMO CONTINUARE SIMULAZIONI MONTE CARLO DELLA DISTRIBUZIONE DELLA DOSE NEUTRONICA IN FANTOCCI ANTROPOMORFI MISURA DEL BORO IN TUMORI POLMONARI E IN ALTRI TESSUTI LA NOSTRA ESPERIENZA NELLA MISURA DEL BORO PUO ESSERE UTILIZZATA IN COLL. INTERNAZIONALI MAINZ, STUDSVIK, FIRB CNR (Italia-Israele) 18

19 MISURA DEL BORO IN PAZIENTI CON MAINZ Misura del Boro in fegato di paziente: i chirurghi a Mainz ogni anno operano circa 50 pazienti affetti da metastasi epatiche; spesso capita di trovare metà fegato sano e metà malato; oggi la metà malata viene asportata e buttata via; a questo tipo di paziente si potrebbe somministrare il Boro prima dell intervento; quindi, la metà malata verrebbe trasportata a Pavia per misurarne il Boro (ad oggi tali dati sono molto scarsi, solo i 2 pazienti trattati a Pavia) Questo aprirebbe la strada al trattamento del fegato a Mainz sull esempio di TAOrMINA Questa Università ha la fortuna di possedere 1. un reattore Triga identico a quello di Pavia 2. una clinica che effettua circa 50 trapianti di fegato ogni anno; 3. il reattore e la sala chirurgica appartengono entrambe all Università di Mainz e distano solo alcune centinaia di metri l una dall altra 19

20 MISURA DEL BORO IN PAZIENTI CON MAINZ Sarebbero felici di stipulare un accordo analogo con l INFN 20

21 COSA OCCORRE PER TRATTARE I PAZIENTI A MAINZ Per rendere possibile il trattamento dei pazienti a Mainz è necessario: 1. realizzare la postazione di irraggiamento a Mainz 2. caratterizzare il campo neutronico dal punto di vista dosimetrico e radiobiologico 3. Testare l intera procedura (infusione Boro, espianto del fegato, irraggiamento e reimpianto) sul maiale per misurare la dose massima da BNCT tollerata da un intero fegato (dati praticamente assenti in letteratura; solo 2 pazienti trattati a Pavia) 21

22 PROGETTO DELLA POSTAZIONE DI IRRAGGIAMENTO calcoli per ottimizzare le caratteristiche della postazione di irraggiamento del fegato con Monte Carlo (MCNP-PAVIA) e un codice deterministico (ATTILA-MAINZ) 22

23 COLLABORAZIONE INTERNAZIONALE Tutto questo lavoro sul fegato verrebbe svolto in un paio d anni nell ambito di una collaborazione internazionale con 1. Università di Mainz (reattore e chirurgia) 2. Università di Essen (per la dosimetria clinica) 3. Istituto di Tecnologie Biomediche (ITB) del CNR di Milano INFN e Università di Pavia ruolo fondamentale e di leadership Mainz ed Essen stanno facendo richieste di fondi in Germania. DFNT, CNR e Weizmann Institute of Science di Israele: progetto già finanziato dal MIUR su proteomica e farmacocinetica del Boro nella BNCT. In 3 anni 753 KEuro di cui 100K al DFNT (Altieri) e di cui 55K per contratto o borsa 23

24 Contatti e collaborazioni CNR Istituto di Tecnologie Biomediche MILANO Proteina che trasporta boro elettroforesi neutronigrafia 24

25 Presentiamo 3 lavori di cui uno premiato col Fairchild Award + altri 2 in collaborazione 13 congresso nel 2008 in Italia 25

26 WIDEST PARTECIPANTI E ATTIVITA DA SVOLGERE 2007 S. Altieri 70% RU S. Bortolussi 100% Dottoranda A. De Bari 20% RU 2007 A PAVIA MISURA BORO IN CAMPIONI DI POLMONE DI RATTO E IN CAMPIONI DI FEGATO DI PAZIENTE (FORNITI DA MAINZ) NELLA COLONNA TERMICA DI PAVIA. COMPLETARE I CALCOLI (CON MCNP) PER MODFICA COLONNA TERMICA DI MAINZ CALCOLI CON MCNP DEL CANALE PER LA PGNAA DA REALIZZARE A PAVIA 2007 A MAINZ DIS CUS S IONE RIS ULTATI CALCOLI (PAVIA-MCNP, MAINZ-ATTILA) PER NUOVA COLONNA TERMICA DI MAINZ E SCELTA SOLUZIONE DA ADOTTARE PARTECIPAZIONE ALLA REALIZZAZIONE DELLA NUOVA COLONNA TERMICA A MAINZ 2008 A PAVIA A. Botrugno 100% Borsista P. Chiari 100% C4 DFNT REALIZZAZIONE DEL CANALE PER LA PGNAA A PAVIA E PRIMI TEST DI MISURA IN CAMPIONI BIOLOGICI 2008 A MAINZ PARTECIPAZIONE ALLA CARATTERIZZAZIONE DOS IMETRICA DELLA COLONNA TERMICA REALIZZATA A MAINZ (SOPRATTUTTO ESSEN E MAINZ) E AGLI IRRAGGIAMENTI DEL FEGATO DI MAIALE E ALLA MISURA DEL BORO NEL FEGATO DI MAIALE SANO 26

27 WIDEST MISSIONI INTERNO 2K PREVENTIVO DI SPESE PER IL MISSIONI ESTERO: 15K (partecipazione ad interventi sul reattore di Mainz e meeting per discussione risultati e coordinamento del lavoro; trasporto campioni di fegato di paziente in azoto liquido da Mainz a Pavia; congressi internazionali) CONSUMO: 33 K (BPA, ratti, materiale da laboratorio per ratti e campioni biologici, materiali di schermo per gamma e neutroni, azoto liquido, funzionamento reattore) INVENTARIABILE: 17 K (Rivelatori sottili al Si per spettrometria α, sistema di acqusizione dati (Maestro), monitor di neutroni) 2008 MISSIONI INTERNO 2K MISSIONI ESTERO: 15K (Mainz: installazione sistema di misura del Boro, partecipazione ad irragiamenti fegato di maiale e caratterizzazione dosimetrica della colonna termica; congressi internazionali) CONSUMO: 10 K (BPA, ratti, materiale da laboratorio per ratti e campioni biologici, materiali di schermo per gamma e neutroni, azoto liquido, funzionamento reattore) INVENTARIABILE: 22 K (Rivelatore al Ge per spettrometria γ per PGNAA e relativo sistema di acquisizione) 27

28 WIDEST (NCT) Wide Spread Tumours (NCT) Saverio Altieri GRAZIE 28