Dissenyen dosímetres ultrarresistents a la radiació per a ser aplicats en un nou tipus de radioteràpia avançada

_{Imatge principal: Muntatge preliminar del detector de carbur de silici per als tests de prova. Héctor Cabezas (IMB-CNM).}

Una recerca única a Europa liderada per l'Institut de Microelectrònica de Barcelona del CSIC (IMB-CNM-CSIC), amb el projecte DOSIFLASH, i finançada per la Fundació ”la Caixa” amb un milió d'euros, està creant el primer monitor de dosi del món per a facilitar la implementació en hospitals d'una nova modalitat de radioteràpia anomenada FLASH, encara en fase d'assajos preclínics i clínics, però considerada com una de les més innovadores dels últims anys. El dispositiu està basat en una nova microtecnologia ultrarresistent a la radiació extrema, més precisa i econòmica que les alternatives actuals.

La radioteràpia FLASH consisteix a aplicar "trets" de radiació amb dosis més altes que les donades en radioteràpia convencional i en fraccions de segon. Això redueix considerablement el possible mal en els teixits sans confrontants al tumor tractat. Els assajos preclínics estan mostrant que es redueix la probabilitat de complicacions en el teixit sa a llarg termini, un dels principals problemes de la radioteràpia convencional a altes dosis. Aquest efecte s'ha confirmat a través d'estudis amb diferents models animals i en diversos òrgans sans (pulmons, cervell, glàndules salivals, intestins, pell i medul·la òssia). Com a avantatge addicional, la reducció del temps de tractament a menys de 500 mil·lisegons redueix les incerteses associades al moviment dels òrgans, que poden ser molt crítiques en el cas del pulmó.

Mesurar les dosis a taxes ultraràpides (UHDR per les seves sigles en anglès) suposa un desafiament tecnològic perquè els dosímetres habituals, amb els es mesura la radiació donada als pacients, se saturen o danyen. Actualment, la dosimetria en FLASH es realitza principalment amb dosímetres "passius" que requereixen llargs temps d'anàlisis. Una alternativa és usar dosímetres "actius" fets de diamant. No obstant això, és molt costós.

Una alternativa més eficient

L'IMB-CNM-CSIC ha dissenyat i fabricat nous dosímetres buscant una alternativa més eficient als actuals de diamant. S'ha verificat l'eficiència del primer prototip en diversos acceleradors de partícules de recerca bàsica a Espanya, els resultats de la qual s'han publicat recentment en la revista Medical Physics. Actualment s'està finalitzant un segon prototip, més avançat i amb centenars de dosímetres, que serà provat en diferents instal·lacions clíniques europees en els pròxims mesos.

"L'objectiu de buscar nous materials molt resistents a la radiació és aconseguir dispositius que puguin suportar les dosis tan altes donades en FLASH en microsegons, i que siguin econòmicament viables per a fabricar grans quantitats. Nosaltres proposem microdetectors de partícules creats amb carbur de silici, que és una alternativa rendible i eficient enfront dels de diamant, amb els quals seria inviable crear un monitor de dosi gran, de diversos centímetres, com el que estem muntant actualment", indica Consuelo Guardiola, investigadora de l'IMB-CNM-CSIC i líder del projecte.

El carbur de silici (SiC) és un compost de silici i carboni gairebé tan resistent com el diamant i molt més senzill d'aconseguir, encara que el desenvolupament tecnològic per a crear dosímetres ha estat llarg i complex. L'ús de díodes de SiC per a dosimetria FLASH a l'IMB-CNM ho va iniciar la científica Celeste Fleta, membre de l'equip, en el marc d'un projecte europeu (EMPIR-UHDPulse). Des de llavors, els primers experiments amb feixos de partícules s'han fet al Centro Nacional de Aceleradores a Sevilla (CNA) i a l'Institut Curie (França), en col·laboració amb Carmen Jiménez i Sophie Heinrich, també del projecte finançat per Fundació ”la Caixa”.

Més verificacions s'han dut a terme en el Centro de Micro-Análisis de Materiales de Madrid (CMAM), en col·laboració amb Gastón García i els investigadors Paula Ibáñez i Daniel Sánchez-Parcerisa, de la Universidad Complutense de Madrid (UCM). En ells, els dosímetres “s'han provat en condicions FLASH tant amb electrons com amb protons”, agrega Guardiola.

L'investigador postdoctoral de l'IMB-CNM Iván López, primer autor de l'estudi publicat, també assenyala l'èxit d'aconseguir amb aquests dosímetres les dosis més altes reportades fins ara amb aquest material. Si bé una sessió de radioteràpia convencional sol ser d'uns 2 Gray (Gy, energia absorbida pel teixit), amb aquests dosímetres s'ha demostrat una “resposta positiva en polsos de fins a 25 Gy per pols”. A més, afegeix, “hem estat capaços de mesurar la forma i distribució del feix de radiació” amb una petita matriu d'aquests dosímetres en temps real per primera vegada i l'estructura temporal dels polsos en l'Institut Curie amb electrons FLASH.

Els pròxims passos també inclouen validar la funcionalitat de centenars de dosímetres amb una electrònica multicanal per a cadascun d'ells, tasca que lidera un altre col·laborador del consorci, el professor Faustino Gómez de la Universitat de Santiago de Compostela (USC). A més, s'està desenvolupant una interfície gràfica per a veure les distribucions de dosis en temps real amb l'objectiu d'integrar aquesta informació en els plans de tractament clínics.

“La meta és crear al més aviat possible el primer monitor de dosi en temps real, funcional i accessible, per a ajudar a implementar la teràpia FLASH, que podria millorar la qualitat de vida dels pacients tractats amb aquesta nova modalitat”, indica Guardiola. Això està alineat amb el compromís de transferir a la societat la tecnologia única desenvolupada a la Sala Blanca de Micro i Nanofabricació de l'IMB-CNM i de crear consorcis col·laboratius, amb experiències complementàries, per a enfrontar reptes apressants de la física mèdica actual.

Recerca contra el càncer

El càncer és la principal causa de mort en el món, segons l'Organització Mundial de la Salut (OMS). Només a Espanya, la Societat Espanyola d'Oncologia Mèdica recull que en 2024 es van diagnosticar 286.664 casos. L'efecte FLASH s'està estudiant des de fa una dècada amb intensitat i és una prometedora resposta per a millorar els tractaments dels pròxims anys.

La recerca es realitza en el marc de DOSIFLASH, un projecte finançat per la Fundació ”la Caixa” coordinat per la investigadora Consuelo Guardiola. Els altres col·laboradors inclouen el CNA, la USC i l'Institut Curie a París.

Dues instal·lacions amb el segell d'Infraestructura Científica i Tècnica Singular (ICTS), del Ministeri de Ciència, Innovació i Universitats, permeten dur a terme la complexitat del projecte: la Sala Blanca de l'IMB-CNM i els acceleradors del CNA.

Radioteràpia FLASH

Des del primer assaig amb èxit en 2019, en un pacient amb limfoma cutani a l'Hospital Universitari de Laussanne (Suïssa), aquesta institució ha posat en marxa l'assaig clínic LLANCI per a càncers de pell. Als Estats Units, en el Centre Mèdic de l'Hospital Infantil de Cincinnati (CCHMC), han llançat tres assajos clínics amb pacients des de 2023, per a tractaments pal·liatiu de metàstasis òssies en extremitats (assaig FAST-01). Una continuació en curs d'aquest assaig està investigant les toxicitats del tractament amb protons FLAIX en pacients amb metàstasis òssies toràciques (FAST-02). Davant aquests resultats, les comunitats mèdiques i científiques estan treballant conjuntament per a dur a terme més estudis que serveixin de base per a dissenyar assajos clínics amb protocols consensuats que permetin la intercomparació dels resultats i accelerar així la seva implementació en hospitals. És en aquest context on existeixen diversos desafiaments tecnològics per a garantir una transició segura i metòdica. En particular, per a replicar l'efecte biològic FLASH entre institucions, es requereix de dosímetres consistents i precisos.

Galeria d'imatges

• L'equip de l'IMB-CNM darrere dels experiments i la publicació. D'esquerra a dreta: Celeste Fleta, Consuelo Guardiola, Ángela Henao i Iván López.
• Oblia de carbur de silici processada a la Sala Blanca de l'IMB-CNM amb els detectors abans de ser tallats.
• Muntatge preliminar del detector de carbur de silici per als tests de prova. Imatge: Héctor Cabezas (IMB-CNM).
• Muntatge del detector de SiC a l'accelerador de partícules del CMAM.