El uso de las tecnologías presentes en los aceleradores de partículas, y, en particular, los avances en la generación de campos magnéticos, es la base de la Hadronterapia (o protonterapia si nos referimos específicamente al uso de protones) como técnica médica.

El empleo departículas pesadas cargadas (protones e iones pesados - hadrones en general) en radioterapia permite una distribución de dosis en los tejidos completamente diferente a la radioterapia convencional (ver figura), lo que constituye su principal ventaja frente a la radioterapia con fotones. Cuando estas partículas penetran el organismo, su pérdida de energía por unidad de longitud es inversamente proporcional al cuadrado de su velocidad. Esta dependencia hace que la máxima pérdida de energía y mayor densidad de ionización se produzca al final del recorrido de la partícula (Pico de BRAGG), cuando su velocidad es próxima a cero.

Pico de Bragg (Imagen: CERN Courier)

La tasa de pérdida de energía de un haz monoenergético al atravesar un medio uniforme es siempre la misma, por lo que las partículas del haz se frenarán a la misma profundidad, lo que se denomina rango de la partícula. Por tanto, la profundidad del pico de Bragg depende de la energía inicial de los protones y de los tejidos que atraviesan. Modulando la energía de las partículas incidentes, es posible extender la región del pico de Bragg para localizar la dosis en un volumen más extenso. Es decir. para asegurar una dosis uniforme en todo el volumen del tumor se superponen varios picos de Bragg de diferente energía (se lanzan protones que depositarán su energía a distintas profundidades del tumor). Esto es lo que se llama Spread Out Bragg Peak (SOBP), que podría traducirse como “ensanchamiento del pico de Bragg” o "pico de Bragg extendido".

Además, la dosis de radiación disminuye bruscamente detrás del pico de Bragg, lo que evita que órganos críticos y tejido sano reciban radiación no deseada.

Estas características físicas de los haces de protones e iones hacen que este tipo de radioterapia esté especialmente indicada para tumores profundos o tumores próximos a estructuras críticas del organismo, ya que la dosis proporcionada al tejido sano colindante al tumor se reduce considerablemente respecto a la proporcionada por la radioterapia convencional.

En cuanto a las técnicas de tratamiento, existen dos principales: sistema de dispersión pasiva (‘single/double-scattering’) o sistema de dispersión activa (‘beam-scanning’). Los sistemas de dispersión pasiva utilizan materiales que permiten dispersar el haz en su dirección transversal hasta conseguir una dosis uniforme en todo el ancho del tumor. Sin embargo, en los sistemas activos, aprovechando el hecho de que los protones son partículas cargadas, se utiliza un sistema de deflexión magnético para mover el haz vertical y horizontalmente hasta cubrir toda la superficie del tumor. Fue en 1997 cuando se empezó a desarrolla el sistema activo en el GSI (Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung, Alemania) y el PSI (Paul Scherrer Institute, Villingen, Suiza), Desde entonces, y tomando todas las innovaciones, mejoras y optimizaciones en le campo de los aceleradores de partículas, y, en particular, en el área de los campos magnéticos, se han logrado grandes avances en la Hadronterapia.

Para lograr una mayor flexibilidad en el tratamiento, el acelerador se acopla a un sistema de distribución del haz llamado ‘gantry’ que permite focalizar los hadrones sobre el tumor desde cualquier ángulo.

Equipo Gantry (Imagen: CERN Courier)

Un esquema de un área de protonterapia (hadronterapia) puede presentarse así:

(Imagen desde una infografía del diario El Mundo)

Una aportación novedosa del CERN es GaToroid, un toroide superconductor y ligero que puede rodear a un paciente y revolucionar potencialmente el suministro de hadrones para diferentes terapias.

En España están en fase de desarrollo 10 centros de Hadronterapia para el sistema público. En particular, el Centro de Protonterapia de Galicia será un referente europeo. Se espera que esté en funcionamiento en 2025. Además de contar con una área para el tratamiento de pacientes, contará con una zona destinada exclusivamente a la investigación.

Más información:

http://nuclear.fis.ucm.es/CDTEAM/articulos%20pdf/PDF%20PUBLICACIONES%20IMAGEN%20MEDICA/HADRONTERAPIA-herranz-2008.pdf

https://enlight.web.cern.ch/what-is-hadron-therapy

https://cerncourier.com/a/cern-takes-next-step-for-hadron-therapy/

https://cerncourier.com/a/proton-therapy-enters-precision-phase/

https://home.cern/news/news/knowledge-sharing/clinical-trials-using-carbon-ions-begin-cnao-0

https://www.intechopen.com/chapters/74496

https://www.gciencia.com/investigarusc/centro-protonterapia-galicia-futuro-referente-europeo-investigacion/