Grazie all’Intelligenza Artificiale, la total marrow irradiation, una tecnica di irradiazione innovativa ma molto complessa – utilizzata per preparare i pazienti con leucemia al trapianto di midollo osseo – potrebbe diventare sempre più accessibile, anche nei centri meno specializzati.
La tecnica, al cui sviluppo e miglioramento ha contribuito in modo sostanziale l’Unità di Radioterapia e Radiochirurgia di Humanitas, permette di risparmiare i tessuti e gli organi sani e costituisce un passo avanti fondamentale rispetto all’irradiazione di tutto il corpo utilizzata storicamente per questa finalità, molto più tossica per i pazienti.
«Grazie all’algoritmo di Intelligenza Artificiale che abbiamo sviluppato, speriamo che questa nuova tecnica possa presto essere effettuata con maggiore efficienza e senza bisogno di team multidisciplinari ultra-specializzati anche nei centri più piccoli, rendendo le cure sempre più accessibili e migliorando così la vita di tutti i pazienti», afferma la professoressa Marta Scorsetti, Direttore della Radioterapia del Gruppo Humanitas e docente di Humanitas University, che ha coordinato la ricerca insieme a Pietro Mancosu, fisico medico e ricercatore dell’IRCCS Istituto Clinico Humanitas, e in stretta collaborazione con la sezione trapianti di Humanitas Cancer Center diretta dalla dottoressa Stefania Bramanti.
Lo studio è stato pubblicato di recente su Medical Physics ed è stato possibile grazie ai finanziamenti del progetto AuToMi del Ministero della Salute, svolto in partnership tra Humanitas e il gruppo del prof. Daniele Loiacono del Dipartimento di Elettronica, Informazione e Bioingegneria del Politecnico di Milano.
Cos’è l’irradiazione totale del midollo osseo (total marrow irradiation)
L’impiego della radioterapia per preparare i pazienti con tumori del sangue al trapianto di midollo osseo da donatore risale già al secolo scorso. Le radiazioni permettono infatti di indebolire il sistema immunitario del paziente, riducendo il rischio di una reazione di rigetto al trapianto, e allo stesso tempo eliminano le ultime cellule tumorali che possono essere sopravvissute alla chemioterapia.
Vista l’estensione del midollo osseo (si trova all’interno di tutte le principali ossa dell’organismo), il risultato veniva ottenuto irradiando i pazienti in tutto il corpo, con la cosiddetta total body irradiation. Ciò significa che le radiazioni colpivano non solo il midollo ma tutti gli organi e tessuti circostanti, con effetti di tossicità rilevanti.
«Nel 2005 è stata proposta negli Stati Uniti una tecnica innovativa, possibile grazie all’avanzamento delle tecnologie computazionali e di irradiazione: la total marrow irradiation, che permette di colpire con le radiazioni esclusivamente il midollo osseo, risparmiando invece i tessuti e gli organi circostanti. Si tratta però di una tecnica realizzata in pochi centri perché è di fatto il più complesso tra tutti i trattamenti radioterapici e richiede per questo team multidisciplinari altamente formati e le più avanzate tecnologie a disposizione», spiega Pietro Mancosu, che nel 2020 aveva firmato insieme ai colleghi di Humanitas e un team internazionale di specialisti, una fondamentale review sulla tecnica, pubblicata sulla prestigiosa The Lancet Oncology
In Humanitas è stato trattato il primo paziente con total marrow irradiation già nel 2010, con acceleratore lineare e tecnica volumetrica, uno tra i primi casi al mondo documentati. Ma non tutti i centri possono contare su expertise adeguate, ecco perché i medici e ricercatori di Humanitas hanno pensato si sviluppare un algoritmo di Intelligenza Artificiale in grado di pianificare il trattamento con uguali livelli di precisione, rendendo così accessibile il trattamento anche ai centri più piccoli.
L’Intelligenza Artificiale al servizio della cura
Si tratta del primo utilizzo di un algoritmo di Deep Learning – un modello computazionale ispirato al funzionamento di reti neurali biologiche e che sta alla base dei moderni sistemi di Intelligenza Artificiale – per automatizzare la tecnica di total marrow irradiation.
Il lavoro di Ricerca ha unito professionisti con competenze e formazioni diverse: primo nome dell’articolo scientifico è il dott. Nicola Lambri, dottorando di Humanitas University in Data Science in Medicine, e l’argomento è stato oggetto delle tesi del dott. Giorgio Longari, Laurea magistrale in Ingegneria Matematica al Politecnico di Milano, e del dott. Brandon Tatani, Laurea triennale in Fisica presso l’Università degli Studi di Milano.
L’algoritmo è stato addestrato sui dati di 117 pazienti trattati tra il 2011 e il 2023 con un’irradiazione totale del midollo osseo per una leucemia che richiedeva un trapianto da donatore. Il modello è stato testato retrospettivamente sia su pazienti di Humanitas sia su pazienti trattati presso il centro americano City Of Hope in California dove lavora il professore Jeffrey Wong, inventore del trattamento e primo autore della review su The Lancet Oncology. A un gruppo di esperti è stato poi chiesto di valutare la geometria da irradiare, senza sapere quale fosse fatto con Intelligenza Artificiale e quale da un essere umano.
«Secondo i dati ottenuti nello studio, il modello calcola la geometria di irradiazione con una precisione che è comparabile a quella del migliore degli specialisti umani. Ciò significa il modello di Intelligenza Artificiale – almeno nella configurazione in cui viene allenato – è in grado di colpire con successo il target tumorale, i linfonodi, ossa e milza, e di risparmiare il tessuto sano circostante, aprendo la strada a una maggiore diffusione di una tecnica che è allo stesso tempo molto più sicura per i pazienti ma anche molto sfidante a livello tecnico e organizzativo per gli ospedali», conclude Pietro Mancosu.
-
2.3 milioni visite
-
+56.000 pazienti PS
-
+3.000 dipendenti
-
45.000 pazienti ricoverati
-
800 medici