Terapia fotodinamica: uccidere delicatamente il cancro con la luce visibile

Probabilmente hai familiarità con la radioterapia a raggi X per il trattamento del cancro. Ma sapete che i raggi X sono radiazioni ionizzanti che possono causare danni a molti tessuti oltre a uccidere le cellule tumorali? Simphotek e altri stanno utilizzando la luce visibile del vicino infrarosso o "delicata" la cui lunghezza d'onda è più lunga dei raggi X e con un'energia molto inferiore, in modo da causare meno effetti collaterali.

La nuova modalità terapeutica nota come Terapia Fotodinamica (PDT) può fare proprio questo. La PDT non provoca nausea come fa la chemioterapia, non danneggia i tessuti comuni come fanno i raggi X, né richiede la rimozione o il danneggiamento di parti del corpo come fa la chirurgia.

La PDT utilizza la luce (solitamente fornita da un laser), un farmaco fotosensibile e l'ossigeno molecolare per innescare molteplici eventi a cascata che generano un agente citotossico, l'ossigeno singoletto, che uccide le cellule tumorali. Esistono varie forme di trattamento PDT tra cui fascio esterno o superficie (EB-PDT), intracavità o intraoperatorio (icavPDT) e interstiziale (I-PDT). Il primo metodo viene utilizzato principalmente per le malattie della pelle e i tumori in cui il farmaco viene applicato superficialmente e l’area trattata è esposta alla luce. L'icav-PDT viene solitamente eseguito dopo una procedura chirurgica, come un intervento chirurgico ai polmoni, in cui è presente o si è formata una cavità a seguito dell'intervento.

Un farmaco fotosensibile viene somministrato nel corpo e viene "attivato" dalla luce laser del trattamento. L'I-PDT è usato per trattare tumori solidi più profondi nel corpo, come cervello, esofago, vescica, testa e collo, colangiocarcinoma, polmone e prostata. La luce viaggia solo per pochi millimetri nei tessuti, quindi è necessario aggiungere un altro meccanismo per garantire il successo del trattamento. Questi trattamenti utilizzano fibre ottiche a diffusione cilindrica che incanalano la luce dei laser esterni direttamente nei tumori e la distribuiscono uniformemente nelle aree cancerose.

La quantità di luce visibile erogata è importante, poiché dovrebbe essere superiore a una soglia terapeutica stabilita da studi clinici precedenti e attuali. Poiché è praticamente impossibile eseguire misurazioni ovunque all'interno del tumore per assicurarsi che la dose di luce venga erogata correttamente, prima dell'inizio del trattamento vengono eseguite simulazioni al computer basate su modelli matematici avanzati della propagazione della luce nei tessuti umani. L'EB-PDT può essere eseguito senza estese simulazioni matematiche, ma gli ultimi due tipi di terapia fotodinamica richiedono simulazioni matematiche avanzate per determinare se la quantità di luce prescritta viene erogata alle varie sezioni del tumore, in modo tale che sia sufficiente per uccidere le cellule tumorali .

Simphotek è stato supportato dal National Institute of Health (NIH) degli Stati Uniti per creare uno strumento di ricerca di simulazione per i tumori solidi e si chiama Dosie™.

Esistono diversi metodi di simulazione in grado di modellare alcuni aspetti del processo di terapia fotodinamica, ma non coprono tutto ciò che è necessario per la simulazione completa del trattamento del cancro. Per quanto ne sappiamo, Dosie è il primo strumento completo per simulare il processo PDT, comprese le interazioni di trasporto della luce, farmaci e ossigeno molecolare per creare l'agente citotossico, l'ossigeno singoletto, che uccide il cancro. Trattare il cancro è complesso e, proprio come per la radioterapia, richiede simulazioni computerizzate avanzate.

Partendo da una TAC o da una risonanza magnetica del tumore, viene creato un modello 3D dettagliato del tumore e dei suoi dintorni. Utilizzando una grafica 3D all'avanguardia, Dosie può guidare il medico quasi in tempo reale durante il trattamento icav-PDT o I-PDT per visualizzare la porzione del tumore che riceve una dose terapeutica di luce visibile per garantire una luce uniforme consegna. Uno dei vantaggi dell'utilizzo di Dosie è la sua capacità di stimare non solo la dose di luce convenzionale ma anche la dose PDT all'avanguardia (che include la variazione della concentrazione del farmaco nel tumore) e la dose di ossigeno singoletto (che stima la quantità dell’agente antitumorale e la sua distribuzione). Il tipo più comune di PDT è EB-PDT, responsabile della maggior parte del mercato globale PDT. Si prevede che il mercato totale raggiungerà più di 15,1 miliardi di dollari entro la fine del 2031 e si prevede che avanzerà a un CAGR del 13,5% dal 2022 al 2031 (1).