GLI SCIENZIATI STAMPANO IN 3D ANTENNE RADIOTERAPICHE NUOVE E MIGLIORATE PER IL TRATTAMENTO DEL CANCRO AL SENO
I ricercatori della North Carolina State University hanno utilizzato la stampa 3D per sviluppare antenne di ricezione delle radiazioni più confortevoli da indossare per i malati di cancro durante le procedure di ipertermia mammaria a microonde.
Rispetto all’attrezzatura per radioterapia tradizionale, il nuovo ricevitore flessibile del team è meno ingombrante e può essere stampato in geometrie specifiche del paziente, consentendo di ridurre il disagio nel corso del trattamento. Modificando il livello di riempimento dell’antenna, gli scienziati hanno anche scoperto di essere in grado di regolare la sua costante dielettrica, ottimizzandone le prestazioni per diversi livelli di esposizione tramite un simulatore elettromagnetico (EM).
L’ipertermia mammaria a microonde è un tipo di trattamento del cancro, in cui i tessuti colpiti sono esposti localmente a un fascio di radiazioni EM altamente focalizzato che danneggia le cellule maligne mediante l’ablazione termica. Sebbene la procedura non sia invasiva, attualmente richiede l’uso di antenne pesanti, che rendono un trattamento già sgradevole ancora meno confortevole per i pazienti.
In passato, sono state condotte ricerche significative sulle alternative indossabili, ma queste sono state in gran parte limitate ai tessuti prodotti manualmente o ai dispositivi ingombranti raffreddati ad acqua. Negli ultimi anni, tuttavia, gli scienziati hanno adottato sempre più la stampa 3D per produrre più rapidamente antenne, che vantano una maggiore flessibilità e quindi comfort per il paziente rispetto a molti design convenzionali.
Allo stesso modo, in una loro ricerca precedente, il team della Carolina del Nord ha scoperto di poter migliorare il guadagno dell’antenna dei dispositivi di cotone aumentandone la porosità. Ora facendo un ulteriore passo avanti, i ricercatori ipotizzano che potrebbe essere possibile manipolare ancora di più il riempimento dei ricevitori, in modo che non siano solo comodi, ma caratterizzati da prestazioni di riscaldamento ottimizzate ed efficacia contro il cancro.
Dato che la regolazione delle proprietà dielettriche delle antenne è fondamentale per ottimizzarne le prestazioni, gli scienziati hanno deciso di stabilire esattamente come sono influenzate dal loro livello di riempimento. Per ottenere ciò, il team ha utilizzato una stampante 3D Luzbot Taz 6 FDM per produrre tre diversi dispositivi basati su TPU, che presentavano percentuali di volume variabili del 40%, 70% e 100%.
Composte da un cerotto conduttivo montato su un substrato dielettrico, le antenne dei ricercatori presentavano uno strato superiore in TPU di 3 mm di spessore, per impedire loro di entrare in contatto diretto con la pelle del paziente. Durante l’uso, i cerotti dei dispositivi sono teoricamente in grado di trasmettere la radiazione a microonde verso il centro dei tessuti mammari naturalmente emisferici, riscaldando le cellule cancerose fino a 39–45 ° C e rendendole inerti.
Per testare l’efficacia dei loro nuovi dispositivi per la radioterapia, gli scienziati della Carolina del Nord li hanno collegati a un “fantasma del seno” con un raggio di 50 mm fabbricato in laboratorio e li hanno sottoposti a estese simulazioni EM. È interessante notare che il team ha scoperto che la riduzione della percentuale di riempimento dell’antenna dal 100% al 43,6% ha abbassato la sua costante dielettrica da 2,36 a 1,59 e che questa relazione era prevedibile oltre che lineare.
Imaging che mostra il tasso di assorbimento simulato delle radiazioni all’interno del “fantasma del seno” artificiale del team. Immagine tramite l’International Journal of Interdisciplinary Research
Inoltre, i dispositivi con volume del 70% e del 100% hanno mostrato una risonanza di 2,30 GHz e hanno fornito un tasso di assorbimento delle radiazioni di 35-60 W / kg in tessuti profondi 5-7 mm, ben entro gli 8-83 W / kg raccomandati per le applicazioni di ipotermia . Tuttavia, ciascuna delle antenne si è dimostrata inefficace anche su tessuti più profondi di 15 mm e il prototipo di riempimento al 40% non era sufficientemente stabile per mantenere la sua forma emisferica.
Di conseguenza, i ricercatori hanno concluso di aver calcolato con successo la linearità tra la costante dielettrica e la percentuale di volume solido dei loro ricevitori per radioterapia, ma non sono stati utilizzati all’interno di applicazioni in-vitro e, se lo dovessero essere, lo sarebbero limitato al trattamento delle aree superficiali del seno.
“Il fantasma del seno impiegato era omogeneo e non imitava precisamente la rappresentazione biofisica reale del corpo umano”, hanno detto gli scienziati nel loro articolo. “Ci sono innumerevoli componenti nel vero seno femminile, che potrebbero influenzare l’efficacia del riscaldamento. Per un ulteriore studio, è quindi indispensabile considerare un fantasma più realistico. “
