Nel 2025 in Italia sono stati diagnosticati oltre 362.000 nuovi casi di tumore. Per quelli del fegato, del polmone e dei reni, la termoablazione - tecnica che distrugge le cellule malate con il calore - viene usata da trent'anni. Ma l'ablazione avviene senza sapere in tempo reale se il tumore è stato effettivamente sconfitto.
Ablazione termica: efficace ma operativamente cieca
La termoablazione a radiofrequenza, microonde o laser porta la temperatura del tessuto tumorale sopra i 60°C, causando la morte cellulare per necrosi. È indicata per tumori di fegato, reni, polmone e ossa quando la chirurgia tradizionale non è praticabile o è troppo rischiosa.
Il problema strutturale è l'assenza di feedback immediato: l'esito si valuta ore o giorni dopo con imaging diagnostico. Questo porta a procedure invasive ripetute, incisioni più ampie del necessario e nessuna possibilità di modulare il trattamento sulla base della risposta biologica in corso. Nella variante laser, le fibre ottiche conducono l'energia fino al tumore, ma il limite rimane: nessun segnale che confermi, durante il trattamento, se le cellule malate stanno davvero morendo.
Il pH del tumore come bussola: la soluzione del CNR-IFAC
L'Istituto di Fisica Applicata "Nello Carrara" del CNR di Sesto Fiorentino (CNR-IFAC), insieme a centri della Jinan University di Guangzhou, ha sviluppato una sonda teranostica a fibra ottica che risolve questo punto cieco. I risultati sono pubblicati su Light: Science & Applications (Nature Publishing).
Il punto di partenza è una caratteristica biologica del cancro: le cellule tumorali producono più acido lattico del tessuto sano (effetto Warburg), abbassando il pH dell'ambiente circostante da circa 7.4 - valore del tessuto sano - a circa 6.8. Questo gradiente chimico è la firma metabolica del tumore nel tessuto.
La sonda concentra su una singola fibra con punta conica tre componenti a bande di eccitazione distinte: un indicatore di pH, uno di temperatura e un agente fototermico. I tre strumenti operano su lunghezze d'onda diverse e non si interferiscono. Il risultato è una terapia in tre fasi consecutive.
* Prima del trattamento: la sonda rileva il gradiente di pH e mappa i bordi del tumore con precisione.
* Durante la terapia: l'agente fototermico converte la luce in calore (circa 65°C) per distruggere le cellule malate, mentre la temperatura è monitorata in simultanea per un controllo preciso.
* Dopo il trattamento: la normalizzazione del pH - da acido a neutro - segnala in tempo reale che le cellule tumorali sono state eliminate e la terapia ha funzionato.
Gli esperimenti su animali hanno confermato l'efficacia terapeutica e la biocompatibilità della sonda.
Per capire perché il pH sia così informativo nella biologia tumorale, è utile il quadro offerto dalla ricerca sulle sinergie tra invecchiamento cellulare e sviluppo dei tumori: i meccanismi che legano senescenza e cancro condividono alterazioni metaboliche che includono proprio l'acidificazione del microambiente.
Meno procedure invasive, più precisione terapeutica
L'impatto pratico principale è la riduzione delle procedure ripetute. Con la conferma del pH in tempo reale, il medico può chiudere il loop terapeutico durante la stessa sessione operativa, senza attendere imaging post-procedurali. Le incisioni possono essere calibrate sui margini rilevati dalla sonda, evitando aree di sicurezza eccessive a scapito del tessuto sano.
La sonda apre anche uno spazio per la personalizzazione: poiché pH e temperatura sono monitorati in simultanea, il trattamento può essere modulato sulla risposta biologica del singolo paziente. Una logica di feedback continuo che si applica anche ad altri campi di ricerca applicata, come i sistemi di intelligenza artificiale per il monitoraggio del degrado stradale in tempo reale, ma qui il sistema adattivo è interamente biologico.
La stessa direzione - integrare diagnosi e terapia in un unico dispositivo minimamente invasivo - guida altri filoni di ricerca biomedica avanzata, come la conversione di cellule della pelle in neuroni ottenuta dai ricercatori del MIT e Boston University, che apre prospettive per il trattamento di malattie neurodegenerative.
I risultati su animali sono promettenti. Il passo successivo è la validazione su modelli clinici umani. La sonda a fibra ottica del CNR-IFAC di Sesto Fiorentino è già una tecnologia concreta: per la prima volta, la conferma dell'esito terapeutico arriva nell'istante in cui il tumore viene trattato, non il giorno dopo.