En «Oncología radioterápica desde el CERN» resumimos las aportaciones de esta institución a la radioterapia. El CERN es el Consejo Europeo para la Investigación Nuclear (en francés, Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire, cuyas siglas son CERN). Esta organización internacional opera el laboratorio de física de partículas más grande del mundo. La misión principal del CERN es comprender los constituyentes fundamentales de la materia y sus interacciones. Para esto, desarrolla tecnología de último nivel con aplicación en otros campos más allá de la física de partículas, beneficiando a la sociedad en su conjunto.
El CERN está comprometido a identificar y poner a disposición de la sociedad sus resultados. Comparte sus descubrimientos científicos y los métodos y tecnologías desarrollados en la construcción de sus aceleradores, detectores e infraestructura informática[1].
Su laboratorio en la frontera franco-suiza dispone de un complejo gigante de aceleradores de partículas. Los aceleradores impulsan partículas cargadas a altas velocidades cercanas a la de la luz. Las partículas chocan contra un blanco o contra otras partículas que circulan en sentido contrario. El estudio de las colisiones permite a los físicos explorar el universo de las partículas fundamentales.
Además, del haz primario de partículas se obtienen protones, iones y electrones útiles en radioterapia. Los protones se pueden usar en protonterapia y los iones en terapia de partículas o terapia de iones. Los electrones pueden ser de baja energía, adecuados para radioterapia intraoperatoria en el cáncer de piel, y de alta energía para la radioterapia FLASH.
Por otro lado, a partir del blanco donde colisiona el haz primario, se forman el haz secundario y radioisótopos. El haz secundario produce rayos X para radioterapia y neutrones para terapia de neutrones. Los radioisótopos pueden usarse en imagen y diagnóstico (PET y SPECT) y en terapia (braquiterapia y terapias alfa dirigidas).
El ecosistema tecnológico del CERN se centra en tres áreas clave para la física de partículas: aceleradores, detectores y computación[1]. Son también tres campos de gran importancia en el tratamiento de radioterapia. Así, se comenzaron a proporcionar aplicaciones médicas en los 1970 y en los 1990 se pusieron en marcha las primeras iniciativas de colaboración, sobre todo en técnicas de imagen médica y terapia de hadrones. Cada vez aumenta más este tipo de estudios, como la radioterapia en tumores profundos[2]. De hecho, en la actualidad un cuarto del trabajo realizado en las instalaciones CLEAR del CERN se dedica a aplicaciones médicas[2], [3].
En este artículo exploramos algunas de las aportaciones del CERN a la oncología radioterápica. Los conocimientos sobre física de partículas se usan en la simulación, diseño, construcción y operación de aceleradores para medicina. También se ha aprovechado el software y hardware a medida dirigidos a la aceleración, diagnóstico, control y monitorización del haz. Además, se ha servido de su experiencia en el diseño y modelización de dispositivos superconductores y sistemas magnéticos y criogénicos a gran escala. Por otra parte, han desarrollado detectores de radiación de alta resolución espacial y herramientas de simulación precisas con las que modelan el paso de partículas a través de la materia.
Terapia de hadrones en el CERN
La hadronterapia engloba las técnicas de radioterapia con partículas rápidas no elementales compuestas por quarks. Por ejemplo, protones, neutrones o iones de carbono. En la actualidad, los protones y los núcleos ligeros son los que más se usan en el tratamiento localizado de muchos tipos de tumores[4].
Los protones y iones ligeros son ventajosos en la IMHT (terapia de hadrones de intensidad modulada) debido a tres características físicas. Por un lado, depositan el máximo de densidad energética en el pico de Bragg al final de su intervalo. En segundo lugar, no presentan apenas difusión dentro del paciente. Por último, se pueden conformar en haces de lápiz muy estrechos con profundidad de penetración variable[4].
Los haces de carbono se indican en el tratamiento de tumores profundos radiorresistentes a rayos X y protones. Un ion de carbono deposita en la célula cerca de 23 veces más energía que un protón en el mismo intervalo[4], [5].
En el CERN se dan las condiciones necesarias que facilitaron convertir los conocimientos en física de partículas en una tecnología médica que salva vidas. No solo prolonga la supervivencia de los pacientes de cáncer, sino que mejoran su calidad de vida. Se debe a que minimiza los efectos secundarios y acorta los tiempos de tratamiento[1].
El CERN ha participado junto a otras instituciones en el estudio PIMMS (Proton Ion Medical Machine Study) con el objetivo de diseñar el sincrotrón y líneas de haz de un centro de hadronterapia de iones ligeros[4]. PIMMS ha desarrollado y puesto a disposición del público un diseño optimizado de sincrotrón destinado al tratamiento del cáncer. Es capaz de utilizar tanto protones como iones de carbono.
El concepto PIMMS dio lugar al acelerador que constituye el núcleo del centro de terapia de hadrones del CNAO, en Pavía. Posteriormente, el centro MedAustron, situado en Wiener Neustadt (Austria), se basó en el diseño del CNAO. El CERN sigue colaborando con el CNAO y MedAustron compartiendo su experiencia en tecnologías de aceleradores e imanes. Así, el CERN ha contribuido al diseño y construcción de dos de las cuatro instalaciones de terapia con iones duales de Europa. Estas unidades han atendido cerca de 9000 pacientes de cánceres poco frecuentes o difíciles de tratar desde su puesta en marcha en 2011 (CNAO) y 2016 (MedAustron)[1].
En la década de 2010, el CERN aprovechó la experiencia adquirida en la construcción del Linac 4, la fuente de haces de protones para el LHC (Large Hadron Collider o Gran Acelerador de Hadrones) en 2020 en el desarrollo de un cuadrupolo de radiofrecuencia (RFQ) de alta frecuencia. Se trata de un equipo muy compacto que puede utilizarse como inyector en la nueva generación de aceleradores lineales compactos de alta frecuencia de la terapia de protones.
En 2019, el CERN puso en marcha NIMMS (Next Ion Medical Machine Study). El proyecto se centra en tecnologías punteras de aceleradores de cara a la nueva generación de instalaciones compactas y costoefectivas de terapia de iones. Una de las líneas dentro de NIMMS se dedica al gantry GaToroid del CERN. Este elimina la necesidad de girar la estructura de modo mecánico mediante el uso de un imán toroidal. Sin embargo, permite tratar tumores desde distintos ángulos.
GaToroid es un diseño más compacto, con una reducción de peso de más del 80% con respecto a los gantries convencionales en terapia de protones y de iones de carbono. Con él se pretende también contribuir en la viabilidad económica de las instalaciones de hadronterapia.
Radioterapia FLASH
FLASH es una nueva forma de radioterapia en la que se administra una muy alta tasa de dosis de radiación en milisegundos (por debajo de los 100-200)[2], [6]. El ‘efecto FLASH’ que se produce en estas condiciones reduce la inflamación y protege los tejidos normales, manteniendo el mismo control tumoral que la radioterapia convencional[6]–[8]. Además, la rapidez de este tratamiento eliminaría la compleja tarea de monitorizar los tumores que se mueven con la respiración[6], [7].
El efecto FLASH se conocía desde los 1970-1980 aunque entonces no se estudió en tumores[6]. En 2014 se publica el trabajo fundacional de Favaudon et al.[9] quienes acuñaron el término “irradiación FLASH”[7].
El efecto FLASH se ha observado con rayos X, electrones, protones y haces de iones de carbono[6], [8]. La aplicación clínica de la terapia FLASH empezó con electrones de baja energía en cánceres cutáneos superficiales y con protones en tumores más profundos[2], [6].
El siguiente paso en la implementación clínica es lograr las tasas de dosis FLASH en tumores grandes y profundos. El gran reto técnico consiste en mantener un alto grado de conformidad. Aquí es donde entra el CERN[2] a través de un proyecto colaborativo que estudia los electrones de muy alta energía (VHEE) con el objetivo de tratar pacientes en 2027[1], [2], [6], [7].
La experimentación en FLASH del CERN se realiza en la instalación para usuarios CLEAR (CERN Linear Electron Accelerator for Research), operativa desde 2017. Sus estudios incluyen la dosimetría pasiva y en tiempo real con distintos métodos[10]. También abarcan mediciones de la sensibilidad del haz a las heterogeneidades. Por otra parte, se han realizado allí los primeros estudios radiobiológicos con irradiación de plásmidos y el cálculo de la efectividad biológica relativa (RBE) de VHEE[8], [11]. Los logros alcanzados en la instalación CLEAR conllevaron la prolongación de su funcionamiento más allá de 2025, fecha prevista de finalización de la línea[3].
Software de verificación y automatización en el CERN
El CERN ha contribuido al software de verificación y automatización que se utiliza en la planificación del tratamiento en radioterapia, sobre todo en los métodos Montecarlo.
Geant (GEometry ANd Tracking) es un código multipropósito. Su primera versión se centraba en el seguimiento de partículas de una sola generación a partir de una partícula primaria en detectores de geometría sencilla. Sobre la base de Geant3, el CERN comenzó en 1993 el proyecto Geant4. Se trataba de un código modular en lenguaje de programación C++. Geant4 satisfacía la creciente demanda de simulaciones precisas y a gran escala de diversos tipos de partículas[12].
Aunque se diseñó para aplicaciones de física de alta energía, con carácter posterior demostró que se podía usar con las energías terapéuticas de la radioterapia[13]. Esto permitió simular técnicas modernas como IMRT, VMAT e IGRT[12].
FLUKA (FLUktuierende Kaskade, cascada fluctuante en alemán) es un código de simulación de haces de hadrones[12]. Se desarrolló en el CERN con el objeto de estudiar las cascadas de hadrones mediante códigos de transporte de Montecarlo para alta energía. Se pueden distinguir tres generaciones diferentes de FLUKA. La última se ha distribuido con derechos de autor conjuntos del CERN y el instituto italiano de física nuclear INFN (2003-2019).
Este tipo de código facilita predecir con precisión la dosis en terapia de protones donde no se puede hacer la verificación de dosis de salida como en la de fotones[12]. Se utiliza en el blindaje de radiación ionizante, radioterapia y planificador del tratamiento, etc.
Otros proyectos de oncología radioterápica desde el CERN
El know-how del CERN se aplica en otros aspectos que impulsan el desarrollo de la oncología radioterápica.
Por ejemplo, el proyecto STELLA (Smart Technologies to Extend Lives with Linear Accelerators). Este tiene el objetivo de convertir la tecnología del CERN en un sistema de radioterapia que se adapte a las complicadas condiciones de los países en vías de desarrollo[14].
En 2003 se inició en el CERN el estudio ACE (Antiproton Cell Experiment) que es el primero que analiza los efectos biológicos de los antiprotones en el Desacelerador de Antiprotones (AD). Los antiprotones tienen comportamiento de protones al entrar en el cuerpo, pero acaban generando más energía en la zona objetivo. Se debe a que cuando las partículas de materia y antimateria entran en contacto, se aniquilan, transformando su masa en energía. El experimento aprovecha esta propiedad de forma que el antiprotón se destruya con una parte del núcleo de un átomo de una célula tumoral. En 2009 se publicó que los antiprotones son cuatro veces más eficaces que los protones en la irradiación celular[15].
El CERN es también experto en el diseño y caracterización de detectores de radiación de alta resolución espacial y respuesta temporal rápida. Estos tienen aplicación en diagnóstico por imagen y en la terapia de hadrones donde miden la estructura del haz de partículas y el depósito de energía.
Por ejemplo, Medipix es una familia de chips de lectura. Captura imágenes de alta resolución, alto contraste y sin ruido mediante el recuento y análisis de fotones. En un inicio se dedicaban al seguimiento de partículas en el LHC. Más adelante, su tecnología ha impulsado avances en otros sectores como la medicina. Se ha utilizado en el tratamiento de tumores cerebrales, diagnóstico de tiroides y tomografías computarizadas (TC)[1].
Para terminar este resumen de la oncología radioterápica desde el CERN, también aporta su experiencia en inteligencia artificial, aprendizaje automático, almacenamiento y análisis de datos. De hecho, son pioneros en técnicas de redes neuronales y análisis de datos en la nube.
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Más información
Sobre FLUKA: https://fluka.cern/about
Sobre NIMMS: https://kt.cern/nimms-case-study/
Sobre GaToroid: https://kt.cern/gatoroid/
Referencias
[1] European Organization for Nuclear Research et al., ‘Assessment of the Socio-economic benefits of CERN activities (2026)’. Zenodo, 2026.
[2] J. Thornton, ‘Oncology at CERN: accelerating radiotherapy’, Lancet, vol. 401, no. 10371, pp. 92–93, Jan. 2023.
[3] R. Corsini et al., ‘The future of the CLEAR facility: consolidation, ongoing upgrades and its evolution towards future electron facilities at CERN’. JACoW Publishing, 2025.
[4] U. Amaldi, ‘Future trends in cancer therapy with particle accelerators’, Z. Med. Phys., vol. 14, no. 1, pp. 7–16, Jan. 2004.
[5] T. Ohno, ‘Particle radiotherapy with carbon ion beams’, EPMA J., vol. 4, no. 1, p. 9, Mar. 2013.
[6] J. Bourhis et al., ‘Innovation in radiotherapy: FLASH therapy’, in Critical Issues in Head and Neck Oncology, Cham: Springer Nature Switzerland, 2025, pp. 173–177.
[7] E. Schüler, M. Acharya, P. Montay-Gruel, B. W. Loo Jr, M.-C. Vozenin, and P. G. Maxim, ‘Ultra-high dose rate electron beams and the FLASH effect: From preclinical evidence to a new radiotherapy paradigm’, Med. Phys., vol. 49, pp. 2082–2095, Mar. 2022.
[8] P. Korysko et al., ‘VHEE FLASH radiotherapy: cutting-edge research at CLEAR, the CERN linear electron accelerator for research’, in 16th International Particle Accelerator Conference, Taipei, Taiwan, 2025.
[9] V. Favaudon et al., ‘Ultrahigh dose-rate FLASH irradiation increases the differential response between normal and tumor tissue in mice’, Sci. Transl. Med., vol. 6, no. 245, p. 245ra93, July 2014.
[10] D. Poppinga et al., ‘VHEE beam dosimetry at CERN Linear Electron Accelerator for Research under ultra-high dose rate conditions’, Biomed. Phys. Eng. Express, vol. 7, no. 1, p. 015012, Dec. 2020.
[11] K. L. Small, D. Angal-Kalinin, J. K. Jones, and R. M. Jones, ‘VHEE facilities in Europe with the potential for FLASH dose irradiation: Conspectus and dose rate parameterisation’, Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. B, vol. 565, no. 165752, p. 165752, Aug. 2025.
[12] H. Park, H. Paganetti, J. Schuemann, X. Jia, and C. H. Min, ‘Monte Carlo methods for device simulations in radiation therapy’, Phys. Med. Biol., vol. 66, no. 18, Sept. 2021.
[13] H. Paganetti, ‘Nuclear interactions in proton therapy: Dose and relative biological effect distributions originating from the primary and secondary particles’, Phys. Med. Biol., vol. 47, no. 5, pp. 747–764, 2002.
[14] M. Dosanjh, ‘Access to effective cancer care in low- middle income countries requires sophisticated linear accelerator based radiotherapy’, Proceedings of IPAC2022. JACoW Publishing, Geneva, Switzerland, 17-Aug-2022.
[15] M. H. Holzscheiter et al., ‘The biological effectiveness of antiproton irradiation’, Radiother. Oncol., vol. 81, no. 3, pp. 233–242, Dec. 2006.