La terapia con fasci di particelle viene sempre più utilizzata per trattare molti tipi di cancro. Consiste nel sottoporre i tumori a fasci di particelle cariche di alta energia come i protoni. Sebbene più mirata della radioterapia convenzionale che utilizza i raggi X, questo approccio danneggia ancora il tessuto normale circostante. Per progettare il piano di trattamento ottimale per ogni paziente, è essenziale conoscere l'energia del raggio e il suo effetto sia sul tumore che sui tessuti normali.

In un recente studio pubblicato su EPJ D , un gruppo di ricercatori guidati da Ramin Abolfath presso l'MD Anderson Cancer Center dell'Università del Texas, Houston, Texas, STATI UNITI D'AMERICA, ha presentato un nuovo modello matematico che delinea gli effetti di queste terapie a fasci sui tessuti dei pazienti, basato su nuovi, più complesso, parametri. Utilizzando questi nuovi modelli, i medici dovrebbero essere in grado di prevedere con maggiore precisione l'effetto dei fasci di protoni sul tessuto normale e su quello tumorale, consentendo loro di preparare piani di trattamento più efficaci.

Gli effetti terapeutici e tossici di un fascio di protoni possono essere descritti utilizzando una combinazione di due effetti:primo, l'effetto biologico della radiazione; e secondo, la quantità di energia che il raggio trasferisce al tessuto per unità di lunghezza percorsa, denominato trasferimento di energia lineare (LET).

Da oltre mezzo secolo, i medici hanno basato i piani di trattamento su modelli radiobiologici standard. Questi riguardavano solo due parametri:alfa, che è proporzionale a LET; e beta, che è indipendente da LET.

In questo nuovo approccio, gli autori hanno modellato i processi attraverso i quali il trasferimento di energia dalle radiazioni ionizzanti produce danni al DNA potenzialmente letali su scala microscopica. Lo hanno poi accoppiato a modelli di nascita e morte di cellule in colonie su scala millimetrica.

Abolfath e colleghi hanno adattato il loro modello ai dati sulla risposta delle cellule del cancro del polmone a dosi terapeutiche di irradiazione del fascio di protoni, e ha scoperto che i modelli radiobiologici standard si applicavano più male quando l'energia del raggio era bassa. Hanno quindi utilizzato questi risultati per generare nuovi modelli in cui alfa e beta sono stati sostituiti da formule più complesse, che sono in grado di spiegare alcune anomalie osservate nella sopravvivenza cellulare.