Lo studio dell’interazione tra i campi elettromagnetici e i sistemi biologici, quali il corpo umano, è da molti anni uno dei settori più attivi nella ricerca fondamentale ed applicata che coinvolge le tecnologie dell’elettromagnetismo.
Se storicamente tali attività si sono indirizzate verso lo studio dei possibili effetti nocivi dell’interazione tra campi e sistemi biologici ed alla valutazione dosimetrica, recentemente è emerso un paradigma innovativo, che guarda alle notevoli possibilità offerta dall’utilizzo di tale interazione per produrre uno specifico effetto.
Evidentemente, questo nuovo paradigma è di notevole interesse nell’ambito medico, dove la natura non ionizzante dei campi elettromagnetici, la loro capacità di penetrare la materia, e la specificità delle proprietà elettromagnetiche dei diversi tessuti umani (anche in dipendenza del loro stato patologico) ha dato l’impulso allo studio ed allo sviluppo di nuove metodologie diagnostiche e terapeutiche, che possano affiancarsi a quelle correntemente in uso, al fine di migliorare la qualità (e la precocità) delle diagnosi o contribuire al più efficace trattamento di determinate patologie.
Un possibile esempio di applicazione terapeutica di questo nuovo paradigma è l’ipertermia a microonde, in cui il riscaldamento selettivo dei tessuti affetti da tumore, mediante la focalizzazione dell’energia del campo a microonde nella regione di interesse, è sfruttato per indurre l’apoptosi (termoablazione) delle cellule malate o per incrementare localmente l’efficacia dei farmaci chemio- e radio-terapici. In ambito diagnostico, un esempio è lo screening morfologico e funzionale per la diagnostica precoce del tumore al seno, in cui si sfrutta la diversa risposta a microonde dei tessuti sani rispetto a quelli malati, al fine di ottenere informazioni diagnostiche dalla misura dei campi diffusi dai tessuti in esame.
Rispetto a tale contesto, l’attività di ricerca portata avanti all’IREA ormai da alcuni anni riguarda lo sviluppo di tecnologie innovative di diagnostica e terapia basate sull’uso di campi elettromagnetici alle frequenze delle microonde. In particolare, si mira alla definizione delle condizioni di irradiazione necessarie a indurre l’effetto desiderato, alla sintesi ed alla messa a punto dei relativi sistemi radianti e allo sviluppo di metodologie di elaborazione dati per l’estrapolazione delle informazioni diagnostiche.
In ambito diagnostico, l’attenzione è posta sue due tematiche. La prima consiste nello sviluppo di una tecnica innovativa per la diagnostica precoce del tumore al seno, che sfrutta agenti di contrasto nanomagnetici capaci di concentrarsi selettivamente in tessuti malati. Grazie alla natura non magnetica del corpo umano, l’utilizzo di un tale agente di contrasto, già approvato per altri utilizzi biomedicali, consente di ridurre l’incidenza di falsi positivi e negativi, con un ovvio beneficio in termini di affidabilità e qualità della diagnosi. La seconda tematica riguarda lo studio dell’utilizzo di tecniche di imaging differenziale a microonde per monitorare l’evoluzione di una patologia nel suo decorso o nell’arco di una terapia. In particolare, l’attenzione è rivolta al monitoraggio dei cambiamenti fisiologici dei tessuti cerebrali causati da alterazioni del normale flusso sanguigno (ischemie, emorragie) o eventi traumatici (ematoma). In entrambe i casi, le attività di ricerca mirano alla progettazione di dispositivi in grado di ottimizzare l’interazione tra campi elettromagnetici e tessuti umani e a sviluppare approcci di imaging capaci di caratterizzare, dal punto di vista delle proprietà elettromagnetiche, ambienti biologici complessi.
Per quel che riguarda gli aspetti terapeutici, l’attività di ricerca affronta lo sviluppo di nuove metodologie per l’ipertermia a microonde, e in particolare la progettazione e realizzazione di applicatori capaci di focalizzare l’energia elettromagnetica nei tessuti malati, minimizzando al contempo il riscaldamento dei tessuti circostanti, al fine di evitare effetti collaterali. L’uso di opportune tecniche di ottimizzazione per la sintesi di campo e l’accurata modellizzazione numerica della propagazione del segnale elettromagnetico e della sua interazione con le strutture biologiche esposte sono cruciali per l’attività, che inoltre fornisce anche gli strumenti necessari all’opportuna pianificazione di trattamenti terapeutici specifici.
Infine, è anche oggetto di studio la possibilità di utilizzare l’insieme delle metodologie e degli strumenti sviluppati per la messa a punto di sistemi “teranostici”, in cui la natura duale (diagnostico/terapeutica) delle microonde è utilizzata in modo sinergico. In particolare, l’obiettivo è il progetto di un sistema che integri un dispositivo per la terapia termica con un dispositivo diagnostico, in grado di ottenere le informazioni necessarie alla pianificazione del trattamento terapeutico specifico e verificare in corso d’opera l’evoluzione e l’efficacia dello stesso.