Il tumore della mammella è il tipo di cancro più diffuso ed una delle principali cause di morte nelle donne in Europa e Stati Uniti, ma anche in molti paesi in via di sviluppo.
I metodi diagnostici di tipo ottico sono intrinsecamente non invasivi e potrebbero quindi essere efficacemente utilizzati sia per lo screening che per il monitoraggio, quando sono richieste misure ripetute nel tempo. Attraverso la stima delle proprietà ottiche (assorbimento e diffusione), è possibile risalire alla composizione del tessuto e ad alcune informazioni sulla sua struttura microscopica. Si possono inoltre ottenere informazioni funzionali. Infine, la strumentazione è generalmente abbastanza semplice ed economica, rispetto a quella correntemente utilizzata da molte tecniche di diagnosi medica.
L’approccio scelto al Dipartimento di Fisica prevede la valutazione delle proprietà ottiche del tessuto mediante misure di trasmittanza risolta nel tempo. Un breve impulso di luce (~100 ps) viene iniettato nel tessuto. L’impulso trasmesso viene rivelato e, utilizzando la teoria della diffusione, si ottiene il valore medio dei coefficienti di assorbimento e diffusione del tessuto. Ripetendo la misura a più lunghezze d’onda, è possibile valutare l’assorbimento dei diversi costituenti del tessuto e risalire alla sua composizione. Dalla conoscenza delle proprietà di diffusione si ottengono invece informazioni sulla struttura microscopica del tessuto.

Misura del rischio legato alla densità del tessuto

La densità mammaria (cioè la frazione di tessuto fibroghiandolare nel tessuto mammario) è riconosciuta come importante fattore di rischio per lo sviluppo di tumori. Attualmente la densità è stimata analizzando le mammografie X. Un metodo non invasivo di valutazione della composizione del tessuto, che non richieda l’uso di radiazioni ionizzanti, come quello ottico, consentirebbe un’applicazione estensiva, anche su donne giovani, permettendo di individuare una categoria ad alto rischio, che potrebbe poi seguire un percorso di screening e/o diagnostico personalizzato, per un’eventuale diagnosi precoce, e interventi preventivi atti a ridurre il rischio stesso (es. agendo sullo stile di vita).
Inoltre, la tecnica sviluppata presso il Dipartimento di Fisica, unica a livello internazionale, consente la misura non invasiva del contenuto di collagene nel tessuto. Il collagene viene studiato perché contribuisce alla densità del tessuto, ma anche perché coinvolto nello sviluppo e nella diffusione del tumore. La stima della concentrazione di collagene nel tessuto potrebbe quindi avere rilevanza diagnostica anche come fattore di rischio indipendente dalla densità.
Uno studio clinico, condotto su 200 pazienti in collaborazione con l'Istituto Europeo di Oncologia, ha recentemente ottenuto incoraggianti risultati nella valutazione ottica della densità mammaria utilizzando uno strumento per mammografia ottica oprrante a 7 lunghezze d'onda nel dominio del tempo. Si intende ora sviluppare uno strumento dedicato, che consenta l'acquisizione dello spettro di assorbimento e di scattering su un ampio intervallo spettrale, per una più accurata valutazione della composizione e delle caratteristiche della struttura del tessuto mammario.

Monitoraggio della chemioterapia neoadiuvante

Per il trattamento dei tumori della mammella è sempre più diffuso l’uso della chemioterapia neoadiuvante, che mira a ridurre la dimensione del tumore prima dell’intervento chirurgico, in modo da renderle l’intervento stesso meno invasivo, o, nei casi migliori, ad eliminare completamente il tumore.
Quasi un paziente su due non risponde alla chemioterapia neoadiuvante, con alta morbilità per il paziente e costi elevati per il sistema sanitario. Nessuna modalità non invasiva è però attualmente disponibile per monitorare l’efficacia o predire la risposta terapeutica. Ci sono però incoraggianti evidenze sperimentali che le tecniche ottiche potrebbero efficacemente svolgere questa funzione.
E' in corso di sviluppo uno strumento per mammografia ottica che consenta di acquisire mappe della composizione media del tessuto mediante acquisizione continua di dati di trasmittanza risolta in tempo a 7 lunghezze d’onda nel rosso e vicino infrarosso (600-1100 nm). Lo strumento presenterà significative innovazioni a livello tecnico, che mirano ad ottenere misure di qualità elevata in tempi compatibili con una misura clinica.

Immagine: Il tumore è rivelato grazie al forte assorbimento nel rosso (685 nm). Questo, insieme al minore contrasto a 785 nm, indica la presenza di un elevato contenuto di sangue con basso livello di ossigenazione nel volume del tumore.
Le cisti, invece, sono caratterizzate da basso valore del coefficiente di diffusione, in accordo con la loro natura presumibilmente liquida.