Buongiorno e benvenuti alla presentazione del curriculum di fisica medica nell'ambito del percorso di Laurea magistrale in Fisica. Io mi chiamo Michela Prest e sono il presidente del consiglio di corso di studi e sono un fisico sperimentale delle particelle elementari. Nella fattispecie sono un esperto di rivelatori, mi occupo di disegnare gli occhiali tra virgolette con cui osserviamo la natura per capire come funziona e poi utilizzare quello che abbiamo capito per migliorare la vita di tutti quanti. Se siete arrivati ad ascoltare una presentazione di fisica medica è perché in qualche modo la fisica medica l'avete già incontrata o siete incuriositi da quello che potrebbe essere il contributo di un fisico alla medicina. Quindi per cominciare a parlare di fisica medica io prendo a prestito direttamente le immagini del sito dell'associazione italiana di fisica medica in cui si capisce immediatamente quali sono gli ambiti in cui un fisico medico ha un ruolo perché il fisico medico è una figura professionale ben definita. Il fisico medico è il fisico che applica i principi e le metodologie della fisica alla medicina per prevenire diagnosticare e curare le malattie. Se volete fare il fisico sanitario cioè il fisico medico che lavora nell'ambito ospedaliero allora il vostro percorso formativo è ben delineato: una laurea magistrale in fisica, la partecipazione a un concorso per entrare in una scuola di specialità di fisica medica che prevede un tirocinio obbligatorio presso strutture accreditate quindi gli ospedali, e poi un concorso per diventare dirigente fisico in ambito ospedaliero. Ma questa non è l'unica strada per essere un fisico che contribuisce alla medicina e per spiegarvelo io comincio prendendo a prestito le parole di Steve Webb che è stato uno dei più grandi fisici medici mai esistiti, che afferma che è bello che ci siano dei giovani studenti che vogliono specializzarsi direttamente nell'ambito della fisica medica ma che va ricordato sempre e comunque che i grandi breakthrough nell'ambito della medicina cioè le grandi scoperte, i grandi momenti di cambio epocale nell'ambito della medicina grazie alla fisica, si sono ottenuti per la ricerca e per le scoperte in tanti ambiti della fisica che vanno dalla fisica delle particelle alla fisica della materia dalla microelettronica alll'ottica e potrei continuare ancora a lungo Se io facessi una passeggiata per strada e chiedessi alle persone che incontro che cosa pensano della fisica o che cosa gli viene in mente se io dico la parola fisica a tutti i miei interlocutori sono sicura verrebbe mette la figura di Einstein ma se io chiedessi che cosa veramente pensano della fisica le espressioni che otterrei secondo me non sarebbero tanto felici perché si ricordano della fisica durante i tempi della scuola Se io invece dico la parola medicina io sono sicura che le parole sarebbero completamente diverse perché il ruolo del medico rispetto a quello di un fisico è assolutamente molto chiaro: è il medico che fa la diagnosi cioè che in funzione dei sintomi che sono caratteristici dei pazienti e dei segni che sono evidenti al medico stesso è in grado di capire qual è lo stato di salute del paziente, ed è medico che decide la terapia cioè l'insieme di tecniche da applicare per portare lo stato di salute di un paziente da malato a sano oppure per fare in modo quando questo non è possibile di fargli vivere la sua vita nel miglior modo possibile Però per fare la diagnosi e applicare una terapia è necessario fornire mezzi e metodi al medico perché curare e salvare un paziente in realtà è un lavoro d'equipe E in questa equipe ci sono tantissime professionalità diverse, dal chimico al biologo il biochimico dal matematico all'informatico ma soprattutto ci sono i fisici. Quindi nei dieci minuti che trascorreremo insieme a me piacerebbe passeggiare con voi per la storia per capire quali sono stati i momenti chiave in cui la fisica avuto un ruolo per la medicina e così darvi anche qualche input su quello che la fisica effettivamente adesso sta facendo e farà per la medicina per poi concludere guardando assieme a voi in che cosa consiste il percorso di fisica medica all'università dell'Insubria e quali sono le sue peculiarità La nostra storia inizia da qua, dal 1895 quando Roentgen che era rettore di un'università tedesca lavorando nel suo laboratorio con un tubo catodico (fate conto il vecchio televisore) si accorse che quando accendeva questo tubo catodico uno schermo fluorescente di bario e in un angolo del del laboratorio si illuminava anche se non c'era luce presente. Il 23 dicembre del 1895 pubblica l'immagine che vedete qua: si tratta della prima radiografia della storia, la radiografia della mano di sua moglie Berta. Aveva scoperto i raggi X; noi fisici ci metteremo trent'anni a capire cosa sono i raggi X. Questo è l'inizio della grande crisi della fisica classica e l'inizio anche della fisica moderna. Lui la sua scoperta la renderà pubblica immediatamente e nel 1901 vincerà il primo premio Nobel per la fisica. I medici cominceranno a utilizzare subito la tecnologia dei raggi X ma soprattutto grazie alla fisica il 23 dicembre del 1895 nasce la medicina moderna: fino a quella data per guardarvi nella pancia vi aprivano la pancia da quella data vi fanno una radiografia Settant'anni dopo Godfrey Hounsfield che era un ingegnere elettrico della ditta che pubblicava i dischi dei Beatles prende una scatola ci fa girare attorno un tubo a raggi X riesce a ricostruire l'immagine in tre dimensioni del contenuto nella scatola. Aveva scoperto aveva inventato anzi più che scoperto la tomografia computerizzata, la TAC. Quella che vedete qua è la prima immagine di una tac, il primo ottobre del 1971, l'immagine del cervello di una donna con un sospetto tumore del lobo frontale che subito dopo sarà operata da un neurochirurgo che dirà che quello che ho visto quando ho aperto era esattamente uguale a quello che mi avete fatto vedere tramite il vostro sistema Nel 1979 Hounsfield e il medico con cui aveva collaborato Cormack vincono il premio nobel per la medicina per la scoperta della tac Oggi queste sono immagini che siamo abituati a vedere ogni volta che andiamo a fare una tac in ospedale cioè la capacità di guardare all'interno del nostro corpo con una precisione incredibile Qualche mese dopo la scoperta dei raggi X prima Bequerel poi Pierre e Marie Curie scoprono la radioattività naturale cioè il fatto che i nuclei quando non sono stabili e sono in uno stato eccitato possono decadere emettendo raggi gamma quindi radiazione neutra oppure particelle cariche: positroni gli elettroni positivi, elettroni e le particelle alfa Trent'anni dopo la figlia di Pierre e Marie Curie Reneè Joliot Curie e Frederick Joliot e Enrico Fermi scoprono la radioattività artificiale. Posso prendere una particella mandarla a sbattere tra virgolette contro un nucleo e in questo modo produco un radioisotopo cioè un nucleo che in natura non esiste perché non è stabile e decade e io so come decade perché l’ho prodotto io. Nei dieci anni successivi l'invenzione e lo sviluppo degli acceleratori di particelle e dei reattori nucleari portano al secondo grande contributo della fisica per la medicina: la medicina nucleare cioè quel ramo della medicina diagnostica che permette di capire come sta funzionando il corpo di un paziente e non come è fatto il corpo di un paziente. Se io avessi qua una persona che ha l'alzheimer e che non ha ancora i i sintomi potrai guardare la distribuzione dello zucchero per avere delle indicazioni nel suo cervello ma lo zucchero è trasparenti ai raggi X. Allora quello che faccio è attaccare a un carrier che bussa alla porta della cellula sia lo zucchero sia un radioisotopo, iniettarlo nel paziente e trasformare il paziente in una sorgente radioattiva. Una volta che lo zucchero e il radioisotopo si sono depositati nel cervello il radioisotopo decade e io guardo la radiazione che esce dal corpo del paziente tramite una spect – single photon emission computed tomography che utilizza radioisotopi che decadono emettendo raggi gamma o tramite una pet – positron emission tomographi che si basa sull'uso dell'antimateria: il radioisotopo decade emettendo un positrone il positrone si annichila con un elettrone e producono due raggi gamma che escono in direzioni opposte. Quindi io metto un rivelatore tutt’attorno al paziente e guardo queste coppiette di raggi gamma che escono per produrre immagini come questa: l'immagine del cervello di un paziente quando pensa lavora ricorda ascolta oppure l'immagine dello zucchero nel cervello di un paziente sano o dello zucchero nel cervello di un paziente che ha l'alzheimer Oggi se mettiamo insieme una pet e una tac otteniamo immagini come questa questa: non è un'immagine finta, questa è l'immagine di un paziente a cui è stata fatta una tac che mi fa vedere all'interno del corpo del paziente quasi meglio che se fosse aperto sul tavolo operatorio e di una pet che mi permette di evidenziare i cosiddetti hot spot, quei punti caldi che possono essere naturalmente caldi come il caso del cuore piuttosto che dei reni oppure che possono essere indice che c'è qualcosa di sospetto. Ed essendo io un fisico delle particelle non posso non parlarvi del tempio della fisica delle particelle cioè il CERN di Ginevra e di quello che si fa per la fisica medica in particolare per i radioisotopi. Questa che vedete un'immagine dall'alto del CERN dove c'è indicato questo nome ISOLDE: ISOLDE è un acceleratore che ha prodotto più di mille radioisotopi diversi in oltre 50 anni di attività utilizzando i protoni accelerati dal proto sincrotrone del cern che è una linea di fascia estratto Ebbene dal 12 dicembre del 2017 è entrato in funzione questo che vedete qua, un nuovo robottino; lui è l'esempio in realtà è l'emblema il simbolo di quello che sta succedendo su isolde per un progetto che si chiama medicis, medical isotoped collected from isolde. L’idea è di produrre dei radioisotopi specifici per il glioblastoma multiforme che è un tumore molto aggressivo del cervello che colpisce anche molti bambini e l'adenocarcinoma pancreatico Lì dentro c'è un robottino perché il livello di radioattività è così elevato che non si può mandare dentro un essere vivente. Tutto questo nell'ottica della teranostica cioè il medico che scopre che il paziente ha questo problema si fa mandare un campione di radioisotopi per andare a verificare quantitativamente la presenza di target cellulari e molecolari e se ci sono effettivamente ordinare il radioisotopo che gli serve per trattare il paziente con una radioterapia di tipo metabolico Questo cosa vuol dire? Che stiamo pensando di disegnare la terapia di cura sul singolo paziente; questo è il futuro della medicina, un futuro in cui la medicina e la fisica si avvicinano a braccetto Abbiamo cominciato a parlare di terapia e allora anche questo lo dobbiamo assolutamente citare. Il 23 dicembre del 1895 la scoperta dei raggi X, il 24 novembre del 1896 questo signore che vedete qua e che si chiama Leopold Freund ha fatto il primo vero trattamento clinico con i raggi X. Non si sapeva ancora quali erano gli effetti biologici dei raggi X ma lui ha fatto un trattamento frazionato nelle giornate (durante un trattamento di radioterapia con i raggi X noi vogliamo uccidere le cellule malate quindi la dose di radiazione che diamo è particolarmente elevata) e soprattutto ha fatto un follow up del paziente per capire che cosa è successo al paziente. E l'ha fatto su una bambina una bambina di 5 anni che vedete qua che aveva un neo sulla schiena di 36 per 37 centimetri quadri; quello che vedete non è una maglietta ma il neo di questa bambina. La paziente e la sua famiglia sono state seguite per i successivi 75 anni, primo esempio di radioterapia. Poi lui nel 1904 pubblicherà il primo libro sulla radioterapia. Oggi il 50 per cento dei casi di malati di tumore è sottoposto a una terapia con fasci di fotoni; i fasci di fotoni vengono prodotti da un acceleratore lineare che utilizza elettroni un po’ come si fa negli esperimenti di fisica delle particelle, gli elettroni vengono estratti per effetto termoionico, accelerati e mandati a sbattere contro un materiale ad alto numero atomico cheproduce un enorme intensità di raggi X. Il 40 per cento dei guariti sono stati trattati con radioterapia standard ma non finisce qua. Nel 1946 questo signore che vedete che si chiama Robert Wilson e che era il direttore dei laboratori di Berkeley suggerisce di utilizzare le particelle cariche per trattare i tumori Questo grafico che vedete qua sotto è un grafico che vi dà la dose depositata all'interno del corpo del paziente in funzione dei centimetri dello spessore di acqua tanto noi praticamente siamo fatti di acqua. La linea gialla rappresenta il deposito dei raggi X esponenziale tanto all'inizio e poi sempre meno; le particelle cariche come i protoni che hanno una massa particolarmente elevata depositano pochissima dose per tutta la strada fino a quando non stanno per fermarsi, a quel punto hanno un picco di deposito di dose che si chiama picco di Bragg. Se io so dov'è localizzato il tumore posso scegliere l'energia dei protoni in maniera tale che il picco di dose venga depositato dove c'è il tumore stesso e ci sia praticamente poca dose prima e poca dose dopo nei tessuti successivi al tumore stesso. Questa si chiama adroterapia: prima fascio nel 1947 primo paziente nel 1954. Questo è lo stato di oggi: la differenza del deposito di dose in un tumore al cervello, con raggi X che depositano la dose prima e dopo in maniera esponenziale; in questo caso la dose la deposito dove voglio io. Questo è il caso di una bambina giovane che ha un problema tumorale alla colonna vertebrale e alla base del cranio. Questa è la dose che si prenderebbe con un fascio di raggi X da radioterapia standard, questa è la dose che si prenderebbe con un fascio di adroterapia un fascio di protoni; questa è la dose che gli risparmiamo in un momento della sua età in cui è particolarmente radio sensibile. E qua vedete un elenco di possibili tumori in cui l'adroterapia ha dimostrato di essere efficace In italia ci sono tre centri uno a Pavia il CNAO, uno a Trento e uno a Catania che tratta i tumori all'occhio ormai da tantissimi anni. Ma non finisce qua: la LANCET Commission on oncology nel 2015 ha stimato che metà della popolazione mondiale non aveva la possibilità di accedere a nessun trattamento radioterapico e il grafico che vedete qua è un grafico che vi fa vedere il numero di persone per singola macchina radioterapica: il verde scuro rappresenta la situazione migliore meno di 500 mila persone per ogni macchina radioterapica ma poi andiamo a colori più cari per arrivare poi al giallo all'arancio al rosso; rosso vuol dire nessuna macchina radioterapica ed è questa la sfida del futuro bridging the gap colmare il divario. Tra il 2015 e il 2035 ci saranno 10 milioni di nuove diagnosi di cui 65 per cento nelle economie più povere servirebbero 12.600 macchine radioterapiche 130.000 oncologi fisici medici e tecnici in un luogo dove i costi sono il problema avere personale preparato è problema le condizioni climatiche sono un problema e il cern assieme al resto del mondo sta cercando di bridging the gap di colmare questo gap Ma questi sono solo esempi. Cosa vuol dire seguire un percorso di fisica medica e in una laurea magistrale in particolare nella laurea magistrale in fisica dell'università degli studi dell'insubria? Questo è un percorso magistrale dedicato: vuol dire che incontrate tutta una serie di argomenti che sono tipici della fisica applicata alla medicina ma la cosa importante è che questi argomenti sono fatti assieme ai fisici medici degli ospedali. Abbiamo una convenzione con l'ospedale Niguarda di Milano e abbiamo una convenzione con l'ospedale Sant'Anna di Como Voi infatti seguite i corsi in ospedale con questi fisici. Adesso li analizzeremo questi corsi Andate a fare il laboratorio a mettere direttamente le mani hands on a fare esattamente le cose che fanno loro. Questo core di esami che costituiscono quelli che vi danno le competenze che vi servono in ambito di fisica medica sono completati da una serie di esami che ovviamente vi permettono di acquisire le competenze necessarie a un fisico magistrale completo Ovviamente le linee di ricerca sono tante e sono variegate vanno dall ambito biomedico all'ambito ospedaliero potete fare ricerca direttamente in ospedale, dallo sviluppo di rivelatori allo sviluppo di rivelatori dedicati specificatamente all'ambito medico. Avete la possibilità di andare a fare sia un periodo di erasmus sia la tesi in altri ospedali e in altri luoghi dell'Europa Perché è importante il rapporto università ospedale? Perché capite subito se questa è la vostrastrada: dovendo seguire i corsi e andando fare un laboratorio di fisica medica in ospedale vedete esattamente che cosa fa un fisico medico seguendo i corsi all'università, vedete esattamente che cosa vuol dire fare attività di ricerca anche in ambito medico Quindi da un lato massimizzate le vostre competenze ma anche cominciate a farvi delle idee sul vostro futuro dall'altro per l'università che il luogo dove si fa innovazione e innovazione tecnologica è importante avere la possibilità di andare a sperimentare in ospedale quello che si sviluppa nei laboratori universitari Voi dovrete scegliere tra 3 e 4 esami di questa prima tabella che è la tabella sperimentale applicativa ho segnato con le frecce gli esami tipicamente di fisica medica che fate in ospedale. Quindi oltre al laboratorio le basi della fisica medica dell’ imaging diagnostico della radioterapia e della dosimetria. Se alcuni di questi esami li avete già fatti all'interno di questa tabella ci sono altri esami a cui potete ispirarvi perché come vi ho detto prima come ha detto steve webb c'è un mondo che contribuisce alla medicina non solamente il fisico medico in senso stretto. Quindi possono essere esami che hanno a che fare con l'aumento delle competenze software esami di laboratorio come ad esempio esami di ottica piuttosto che esami che riguardano il data science. Dovrete scegliere uno o due esami di queste altre due tabelle che sono la tabella dei teorico fondamenti e la tabella microfisico struttura. Anche in questo caso questo serve a completare le vostre competenze e anche in questo caso avete visto che il numero di esami è abbastanza ampio. Avete la possibilità di scegliere in funzione di quelle che sono le vostre corde di quello che amate fare perché in un percorso di fisica magistrale si riesce a fare quello che si ama fare. E infine due esami affini integrativi che sono sì esami di fisica ma sono anche esami che hanno a che fare col mondo dell'informatica della chimica e della matematica Il quadro è completato da due esami a scelta libera e dal tirocinio prima di iniziare la tesi che è un lavoro importante perché è un lavoro originale che richiede un certo numero di mesi e che potete fare anche in ospedale Che cosa vi aspetta nel vostro futuro? Ecco io vi ho fatto degli esempi perché alla fine del percorso l'ingresso nel mondo del lavoro può essere molto diverso anche in funzione di quelle che sono le vostre peculiarità Matteo ad esempio ha fatto una tesi sperimentale sulla misura dei fasci di neutroni in ospedale e adesso sta facendo un post doc a Utrecht dove ha fatto anche il dottorato lavorando sulla risonanza magnetica per il cancro alla prostata Lisa ha fatto una tesi all’EOC di Lugano una tesi dedicata allo sviluppo di algoritmi per i sistemi integrati pet-tac e ha finito la specialità ed è stata assunta come fisico medico Marta è diventata un dirigente fisico l'ospedale Sant'Anna Giacomo invece dopo aver fatto il phd all'università di Milano in collaborazione con un gruppo di ricerca di Israele è diventato product specialist in un'azienda la Else solutions Elena sta facendo il post doc all’European Spallation Source a in Svezia Valentina lavora all'ARTA Abruzzo Samuele ha fatto un progetto europeo di tre anni e adesso lavora all’ARPA Lombardia Quindi c'è un mondo che vi aspetta. Il vantaggio di farlo da noi è quello di cui vi ho appena parlato: il fatto che in qualche modo siamo riusciti a creare questa collaborazione molto forte molto stretta con l'ambito ospedaliero perché hands on si capisce se quella è la vostra strada. E quindi noi riteniamo che questa sia una partnership vincente. Per ogni informazione scrivetemi, contattateci! Venite a trovarci, vi aspettiamo!