Una nuova schermatura stampata in 3D che protegge i tessuti sani dei malati di cancro durante la radioterapia


I medici del Dana-Farber Cancer Institute , del Brigham and Women’s Hospital , del Massachusetts General Hospital e del MIT hanno sviluppato una nuova schermatura stampata in 3D che protegge i tessuti sani dei malati di cancro durante la radioterapia.

Utilizzando scansioni TC del paziente e materiali ad alto numero atomico, il team è stato in grado di stampare in 3D dispositivi personalizzati che prevengono la tossicità da radiazioni indotta da raggi gamma e raggi X nei tessuti gastrointestinali o orali. Se usati per trattare i malati di cancro alla testa, al collo o alla prostata, gli scienziati ritengono che la loro schermatura potrebbe aiutare a ridurre le radiazioni della bocca e dello stomaco fino al 30% e al 15% rispettivamente, senza abbassare il dosaggio al tumore.

“Quando trattiamo pazienti con radiazioni è un buon equilibrio. Vogliamo somministrare la maggior dose possibile per ridurre il tumore senza causare danni ai tessuti sani “, ha affermato James Byrne, medico specialista in radioterapia oncologica presso Brigham, MGH e Dana-Farber Cancer Institute. “Il nostro obiettivo attraverso questo progetto era trovare una soluzione innovativa che potesse offrire una protezione personalizzata per i pazienti”.

“QUESTO APPROCCIO PERSONALIZZATO POTREBBE ESSERE APPLICABILE A UNA VARIETÀ DI TUMORI E HA IL POTENZIALE PER RIDURRE IL CARICO DI LESIONI DA RADIAZIONI E TOSSICITÀ PER I NOSTRI PAZIENTI”.

Trattamento della tossicità da radiazioni

Statisticamente, più della metà di tutti i malati di cancro subirà una qualche forma di radioterapia, ma mentre il trattamento è efficace nell’uccidere le cellule tumorali, può anche causare tossicità a tessuti altrimenti sani. Solo negli Stati Uniti, più di 200.000 pazienti soffrono di mucosite orale, esofagite e proctite indotte da radiazioni ogni anno, a volte in attacchi abbastanza gravi da indurli a interrompere del tutto il trattamento.

Attualmente, i medici tendono a utilizzare distanziatori fisici nel tentativo di prevenire la mucosite, ma questi spesso offrono una protezione limitata e possono persino portare a ulteriori effetti collaterali. Al fine di ridurre la morbilità della radioterapia senza limitarne l’efficacia, il team ha quindi identificato la necessità di una schermatura specifica per il paziente che renda il trattamento più appetibile, migliorando così l’aderenza del paziente e, in definitiva, le loro possibilità di sopravvivenza.

“Non è raro che i gastroenterologi siano chiamati a consultare un caso per supportare un paziente che sta vivendo gli effetti collaterali delle radiazioni nell’esofago, nell’intestino tenue o in qualsiasi altra parte del tratto gastrointestinale”, ha detto il coautore dello studio Giovanni Traverso. “Un paio di anni fa, io e James abbiamo iniziato a fare brainstorming: e se potessimo sviluppare uno scudo che potesse aiutare a proteggere una parte significativa del tessuto normale nel campo di radiazioni?”

Dato che la tossicità indotta dalle radiazioni è spesso più alta nei pazienti con cancro orale, polmonare e prostatico, i ricercatori clinici hanno scelto di sviluppare schermature specificamente progettate per proteggere i tessuti in quelle aree. Tuttavia, prima che potessero iniziare a stampare in 3D i loro dispositivi radioprotettivi, gli scienziati dovevano identificare la base di materiale ad alto Z ottimale per l’attività.

I test iniziali, che hanno comportato l’esposizione di varie leghe e plastiche a radiazioni fotoniche da 6 MV, hanno rivelato che i materiali elementari fornivano la massima attenuazione, portando il team a sviluppare una resina caricata con piombo e bismuto. Dopo aver formulato la materia prima, gli scienziati hanno utilizzato scansioni TC “DICOM” diagnostiche per creare modelli 3D accurati di bocche, intestini e retti di più ratti da laboratorio diversi.

È interessante notare che i modelli risultanti hanno rivelato differenze drastiche nelle anatomie dei pazienti sottoposti a test e hanno permesso agli scienziati di personalizzare ogni dispositivo, consentendo il loro comodo inserimento e ottimizzando la loro protezione dalle radiazioni. La schermatura stessa è stata quindi fabbricata utilizzando una stampante 3D Form 2 di Formlabs e inserita per via orale in sette campioni, con l’obiettivo di proteggere il 50% del tessuto normalmente a rischio di radiotossicità.


Mentre sette ratti non schermati hanno sviluppato ulcere della lingua indotte dalle radiazioni, i sette soggetti di prova protetti non hanno subito alcun effetto collaterale. Durante esperimenti successivi, un set simile di dispositivi intraorali, esofagei e rettali sono stati inseriti in campioni di suini, il che è servito a ridurre la radiazione intestinale fino al 15% e la tossicità all’interno della mucosa orale orale del 30%, senza influire sul dosaggio del tumore .

Rispetto ai distanziatori idrogel convenzionali, i medici hanno anche scoperto che i loro dispositivi costano circa il 40% in meno pur offrendo lo stesso livello di efficacia. Di conseguenza, il team ha concluso che sebbene sia necessaria un’ulteriore valutazione prima che la loro schermatura possa entrare negli studi sull’uomo, il loro concetto potrebbe ancora vedere l’uso finale in futuro, come mezzo per ridurre gli effetti collaterali della radioterapia in vari diversi pazienti affetti da cancro.

“I dispositivi radioprotettivi personalizzati stampati in 3D possono avere un grande potenziale per ridurre la tossicità da radiazioni in contesti clinici”, hanno concluso i ricercatori nel loro articolo. “Questo approccio personalizzato potrebbe essere applicabile a una varietà di tumori che rispondono alla radioterapia, inclusi tumori della testa e del collo, polmone, prostata, anale, della pelle e ginecologici, sarcomi e linfomi”.

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