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Un traguardo importante

La collaborazione tra i Laboratori Nazionali di Legnaro dell’INFN, l’Università di Ferrara e l’IRCCS Sacro Cuore Don Calabria di Negrar (VR) ha raggiunto un traguardo importante per la medicina nucleare italiana, aprendo nuove prospettive per la produzione nazionale di radionuclidi teranostici: la prima produzione, nel nostro Paese, di rame-67 (⁶⁷Cu), uno dei radionuclidi più promettenti per la diagnosi e il trattamento di diverse patologie oncologiche.

Il risultato nasce all’interno del progetto CUPRUM-TTD, finanziato dalla Commissione Scientifica Nazionale 5 (CSN5) dell’INFN e sviluppato presso i Laboratori Nazionali di Legnaro. L’obiettivo del progetto è sviluppare tecnologie innovative per produrre ⁶⁷Cu attraverso la via dell’attivazione diretta, mediante l’utilizzo di acceleratori di particelle.

La produzione del radionuclide si basa su bersagli (target) solidi, ad alta purezza, irraggiati con un fascio di protoni. In seguito all’irraggiamento, il materiale subisce una reazione nucleare che porta alla formazione dell’isotopo radioattivo di interesse. In questo caso, il materiale di partenza è zinco altamente arricchito (oltre il 98%) nel suo isotopo con massa atomica 70 (⁷⁰Zn), che a sua volta viene convertito, attraverso un processo chimico, in ossido di zinco (⁷⁰ZnO).

Il progetto SPES

Un contributo fondamentale è arrivato dal gruppo del progetto SPES presso i Laboratori Nazionali di Legnaro, che si occupa dello sviluppo di radioisotopi innovativi per la medicina. Dopo anni di ricerca e sviluppo, ha progettato e realizzato i bersagli di ⁷⁰ZnO, utilizzando una tecnologia proprietaria basata sul processo noto come Spark Plasma Sintering (SPS). Il sistema SPS è stato sviluppato internamente, in collaborazione con il gruppo che ha lavorato all’esperimento TT-SINTER della Sezione INFN di Pavia.

I bersagli sono stati successivamente trasferiti presso l’Unità di Radiofarmacia dell’IRCCS Sacro Cuore Don Calabria, dove sono stati irraggiati con un fascio di protoni da 18 MeV prodotto dal ciclotrone dell’istituto. Al termine dell’irraggiamento, il ⁶⁷Cu ottenuto è stato separato chimicamente e purificato, attraverso specifiche procedure radiochimiche sviluppate presso l’Università di Ferrara.

Perché produrre il rame-67

Il ⁶⁷Cu è uno dei radionuclidi teranostici di maggiore interesse internazionale, grazie alle sue peculiari caratteristiche fisiche e radiobiologiche. Ha un tempo di dimezzamento (T_1/2) di 61,8 ore e la sua caratteristica principale è quella di decadere emettendo sia particelle β^– sia raggi γ di energia adeguata. Queste caratteristiche uniche lo rendono adatto sia alla terapia sia all’imaging medicale. L’emissione di particelle β^–, infatti, ha un’energia che ne consente l’impiego nel trattamento di diverse patologie oncologiche, mentre la concomitante emissione di fotoni γ consente l’acquisizione di immagini SPECT (Single Photon Emission Computed Tomography), un sistema di imaging diagnostico tridimensionale che permette di valutare la biodistribuzione del farmaco, monitorare la terapia ed eseguire la dosimetria. Il suo impiego è particolarmente promettente nell’ambito della medicina nucleare personalizzata, in particolare per il trattamento di tumori come il carcinoma della prostata e il glioblastoma.

Il ruolo tecnologico dell’INFN

Da anni l’INFN è impegnato nella ricerca in fisica applicata alle scienze della vita, con progetti che spaziano dallo sviluppo di acceleratori per applicazioni mediche, alla dosimetria, fino alla produzione di radionuclidi per la diagnosi e la cura dei tumori. In questo contesto, i Laboratori Nazionali di Legnaro stanno completando la costruzione dell’impianto SPES per la produzione di radioisotopi, basato su un ciclotrone in grado di accelerare fasci di protoni fino a un’energia massima di 70 MeV, e che sarà dedicato anche alla produzione di radioisotopi di interesse medico.

L’impianto SPES consentirà la produzione di radioisotopi attraverso due tecnologie complementari: la separazione isotopica on-line e l’attivazione diretta su bersagli solidi, ampliando notevolmente le possibilità di ricerca e produzione di radionuclidi innovativi. Un elemento distintivo di queste attività è la competenza sviluppata internamente dall’INFN nel campo dello Spark Plasma Sintering (SPS), una tecnologia che consente di realizzare bersagli avanzati multi-materiale utilizzabili per la produzione di radionuclidi basata sul processo di attivazione diretta. A ciò si aggiunge il portafoglio di brevetti proprietari che copre il processo di produzione di diversi radioisotopi, tra cui il rame-67.

Una volta operativo, l’impianto SPES consentirà di produrre radionuclidi direttamente presso i Laboratori Nazionali di Legnaro e, grazie alle elevate energie disponibili, di sviluppare processi di produzione più efficienti e selettivi. Nel caso del ⁶⁷Cu, ciò renderà possibile aumentare la resa e migliorarne la purezza radionuclidica.

Queste attività in corso rappresentano un importante investimento strategico per il futuro della medicina nucleare in Italia e pongono le basi per rendere disponibili radionuclidi innovativi per studi preclinici e future applicazioni cliniche. Al tempo stesso, confermano il ruolo dell’INFN dei Laboratori Nazionali di Legnaro come protagonisti nello sviluppo di tecnologie e infrastrutture avanzate al servizio della ricerca biomedica e della salute.

Per saperne di più (sito INFN Trasferimento Tecnologico)

Una delle grandi sfide della fisica nucleare moderna consiste nel comprendere come la natura produca gli elementi più pesanti dell’universo, come il piombo o l’oro. Si ritiene che molti di questi elementi abbiano origine nel processo detto ‘di cattura rapida dei neutroni’, che si verifica durante eventi astrofisici estremi, come le fusioni di stelle di neutroni e le esplosioni di supernovae. Riprodurre in laboratorio i nuclei esotici coinvolti in questi processi diventa quindi fondamentale per studiare la struttura nucleare e l’origine cosmica della materia. Per farlo si utilizzano complessi di acceleratori e rivelatori, grazie ai quali fasci di ioni vengono accelerati e fatti interagire così da riprodurre e osservare in dettaglio i processi e i loro prodotti.

Ai Laboratori Nazionali di Legnaro dell’INFN, per la prima volta, un fascio di ioni di uranio-238, l’isotopo dell’uranio più comune in natura, è stato accelerato fino a un’energia di 6,2 MeV per nucleone utilizzando il complesso di acceleratori superconduttori PIAVE-ALPI. Questo risultato rappresenta un importante traguardo tecnologico per lo studio dei nuclei esotici, il secondo ottenuto ai Laboratori di Legnaro dopo la produzione del primo fascio di ioni esotici del progetto SPES. Per realizzarlo, è stata utilizzata un’intensità di fascio molto bassa, pari a circa un nanoampere di particelle, tipica degli esperimenti di fisica nucleare a bassa energia. Nell’arco di un intero mese di attività sperimentale sono stati accelerati soltanto pochi microgrammi di uranio, in esperimenti nei quali gli ioni del fascio interagivano uno alla volta con i nuclei di un bersaglio metallico estremamente sottile. La campagna è frutto dell’uso sinergico di diversi strumenti, i rivelatori di raggi gamma AGATA, lo spettrometro magnetico PRISMA e un sistema di rivelazione dedicato, in una configurazione sperimentale di eccezionale potenza.

“Grazie al complesso di acceleratori e rivelatori dei Laboratori di Legnaro, è stato possibile identificare e studiare in dettaglio, dal punto di vista spettroscopico, sia i frammenti ricchi di neutroni prodotti dalla scissione dei nuclei di uranio in seguito alla collisione con il bersaglio, sia gli ioni pesanti prodotti attraverso reazioni di trasferimento di più nucleoni”, spiega Andrea Gottardo, coordinatore scientifico degli acceleratori PIAVE-ALPI.

Alla campagna hanno partecipato ricercatori e ricercatrici di diverse istituzioni europee, che hanno affrontato questioni fondamentali che spaziano dalla struttura dei nuclei ricchi di neutroni coinvolti nel processo di cattura rapida dei neutroni, fino alla formazione e alla sopravvivenza dei prodotti di reazione più pesanti generati nelle collisioni tra ioni.

“Oltre al suo immediato impatto scientifico, – sottolinea Enrico Fagotti, responsabile della divisione acceleratori – la realizzazione del primo fascio di ioni di uranio accelerato rappresenta un importante risultato strategico per i Laboratori di Legnaro, perché dimostra la loro capacità di operare con fasci complessi di ioni pesanti, sfruttando pienamente un’infrastruttura sperimentale di livello mondiale”.

Questo risultato crea un collegamento diretto con il prossimo capitolo della ricerca dei Laboratori di Legnaro: molti dei nuclei ricchi di neutroni studiati attraverso le reazioni indotte dall’uranio si trovano nelle stesse regioni della carta dei nuclidi che saranno presto accessibili grazie ai fasci di ioni esotici prodotti nell’ambito del progetto SPES. Le competenze acquisite nel funzionamento degli acceleratori, nella gestione e nell’erogazione dei fasci e nella spettroscopia avanzata, insieme al successo della messa in servizio di questi primi esperimenti con fasci di ioni di uranio, pongono, così, le basi scientifiche e tecnologiche per il programma sperimentale di SPES. I risultati ottenuti con fasci di ioni stabili stanno dunque portando verso il pieno sfruttamento delle opportunità scientifiche offerte dal progetto SPES e verso nuove prospettive di studio dei nuclei atomici più esotici.

Notizia sul sito web INFN

Il 26 Giugno 2026 si è svolta presso i Laboratori Nazionali di Legnaro (LNL) la visita istituzionale del Direttore dell’Ispettorato per la Sicurezza Nucleare e la Radioprotezione (ISIN), Francesco Campanella, accompagnato dall’esperto di radioprotezione ISIN, dott.ssa Adelaide Raulo. L’incontro ha offerto l’occasione di presentare le attività dei Laboratori e rafforzare il dialogo con l’autorità di vigilanza sui temi della sicurezza e della radioprotezione.

Nel corso dei colloqui è stato illustrato il panorama delle ricerche sviluppate nei settori della fisica nucleare e dell’astrofisica, insieme alle attività legate allo sviluppo delle tecnologie degli acceleratori. Grazie al complesso Tandem-ALPI-PIAVE ed agli acceleratori AN2000 e CN, i LNL portano avanti la missione dell’INFN nello studio della struttura fondamentale della materia, affiancando a questa anche programmi di trasferimento tecnologico verso il mondo industriale. A queste applicazioni si aggiungono la progettazione di sistemi avanzati per la rivelazione delle radiazioni, gli impieghi in ambito medico e il contributo a collaborazioni scientifiche internazionali.

Il confronto con la delegazione ISIN ha consentito di mettere in evidenza l’attenzione costante dei Laboratori nell’implementazione dei protocolli di radioprotezione e dei sistemi di sicurezza. È emerso chiaramente come le attività di ricerca siano condotte nel rispetto dei requisiti di tutela dei lavoratori, dell’ambiente e della popolazione.

Durante la visita, la delegazione ha inoltre avuto modo di osservare da vicino i principali impianti del centro, con un approfondimento sul progetto SPES, ritenuta un’infrastruttura di rilevanza europea, dedicata sia alla produzione di fasci di ioni radioattivi per lo studio dei processi nucleari, sia alla ricerca sulla produzione di radioisotopi a scopo medico.

La visita si è conclusa con la conferma della volontà comune di proseguire una collaborazione stabile e strutturata tra i Laboratori e l’ISIN, un dialogo continuo che rappresenta un elemento fondamentale per garantire elevati standard di sicurezza e sostenere, allo stesso tempo, lo sviluppo scientifico e tecnologico del Paese.