Des chercheurs du SLAC et de Stanford ont obtenu le soutien de deux projets partageant le même objectif : réduire les effets secondaires de la radiothérapie, en diminuant considérablement la durée d’une session de base.

Une nouvelle technologie basée sur les accélérateurs est actuellement développée par le SLAC National Accelerator Laboratory du département de l’Énergie, et par l’Université de Stanford, vise à réduire les effets secondaires de la radiothérapie anticancéreuse, en diminuant considérablement sa durée : passant de quelques minutes à moins d’une seconde.

Intégrées aux futurs dispositifs médicaux compacts, les technologies développées pour la physique des hautes énergies pourraient également contribuer à rendre la radiothérapie plus accessible à travers le monde entier. À présent, l’équipe SLAC/Stanford a reçu un financement vital, pour mener à bien la réalisation de deux projets de développement de traitements possibles des tumeurs : l’un utilisant des rayons X, et l’autre utilisant des protons.

L’idée derrière ces deux projets, est d’éradiquer les cellules cancéreuses si rapidement que les organes et les autres tissus n’ont pas le temps de bouger durant l’exposition. Selon les scientifiques, cela réduit les risques d’irradiation et de dommages des tissus sains environnant les tumeurs. Ceci pourrait donc rendre la radiothérapie bien plus précise.

« Fournir la dose de rayonnement de toute une séance de thérapie en un seul « éclair » d’une durée inférieure à une seconde, serait le moyen ultime de gérer le mouvement constant des organes et des tissus, ainsi qu’une avancée majeure par rapport aux méthodes que nous utilisons aujourd’hui », a déclaré Billy Loo, professeur agrégé de radio-oncologie à la Stanford School of Medicine.

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Sami Tantawi, professeur de physique des particules et d’astrophysique, et scientifique en chef de la Division de la recherche sur les accélérateurs de RF, de la Direction de l’innovation technologique du SLAC, et qui travaille avec Loo sur les deux projets, a déclaré : « Pour pouvoir émettre efficacement un rayonnement de forte intensité, nous avons besoin d’accélérateurs possédant des structures qui sont des centaines de fois plus puissantes que les technologies actuelles. Le financement que nous avons reçu nous aidera à construire ces structures ».

« Exploser » le cancer avec des rayons X

Le projet, appelé PHASER, développera un système de livraison de flashs pour les rayons X. Il faut savoir que dans les dispositifs médicaux actuels, les électrons traversent une structure (de type tube), mesurant environ un mètre de long, et puisant leur énergie dans un champ de radiofréquences qui traverse le tube au même moment et dans le même sens. L’énergie des électrons est ensuite convertie en rayons X.

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Des chercheurs du SLAC et de Stanford développent une nouvelle technologie basée sur les accélérateurs, qui vise à accélérer des centaines de fois la radiothérapie du cancer et à rendre les dispositifs médicaux associés plus compacts. Cette approche pourrait réduire les effets secondaires chez les patients et éventuellement rendre la radiothérapie plus accessible pour les patients du monde entier. Crédits : Greg Stewart/SLAC National Accelerator Laboratory

Au cours des dernières années, l’équipe du projet PHASER a mis au point et a testé des prototypes d’accélérateurs présentant des formes spéciales, ainsi que de nouveaux moyens d’alimentation des champs de radiofréquences dans le tube. Ces composants fonctionnent déjà comme prévu par les simulations, et ouvrent la voie à des conceptions d’accélérateurs qui prennent en charge davantage de puissance dans un format compact. « Puis, nous allons construire la structure d’accélérateur et tester les risques de la technologie, ce qui, dans trois à cinq ans, pourrait déboucher sur un premier dispositif pouvant être utilisé dans le cadre d’essais cliniques », a déclaré Tantawi.

Le département de radio-oncologie de Stanford consacrera environ un million de dollars au cours de la prochaine année dans le but de mener à bien ses efforts et appuiera une campagne visant à recueillir davantage de fonds pour la recherche.

Le département de radio-oncologie, en collaboration avec la faculté de médecine, a également créé le centre scientifique sur les radiations, qui se concentre sur le traitement de précision par radiothérapie. Sa division PHASER, co-dirigée par Loo et Tantawi, vise à transformer le concept PHASER, en un appareil fonctionnel.

Rendre la proton-thérapie plus agile

En principe, les protons sont moins nocifs pour les tissus sains que les rayons X, car ils déposent leur énergie tumorale dans un volume plus confiné à l’intérieur du corps. Cependant, la proton-thérapie nécessite de grandes installations pour accélérer les protons et ajuster leur énergie.

Cette technique utilise également des aimants pesant des centaines de tonnes, qui se déplacent lentement autour du corps du patient, pour guider le faisceau dans la cible : « Nous voulons trouver des moyens innovants de manipuler le faisceau de protons, pour rendre les futurs appareils plus simples, plus compacts et beaucoup plus rapides » a déclaré Emilio Nanni, scientifique au SLAC, qui dirige le projet avec Tantawi et Loo.

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Prototype de l’un des composants de l’accélérateur du projet PHASER, qui utilisera un tout nouveau concept d’accélérateur, qui sera des centaines de fois plus puissant que les accélérateurs des dispositifs actuels de radiothérapie. Crédits : SLAC National Accelerator Laboratory

Cet objectif pourrait bientôt être atteint, grâce à une subvention récente de 1.7 million de dollars, provenant du programme d’intendance du Bureau de l’intégration des scientifiques, qui vise à aider les scientifiques à développer la technologie au cours des trois prochaines années. « Nous pouvons maintenant concevoir, fabriquer et tester une structure d’accélérateur similaire à celle du projet PHASER, qui sera capable de diriger le faisceau de protons, de régler son énergie et de délivrer des doses de rayonnement élevées pratiquement instantanément », a déclaré Nanni.

Le but de cette technique ? Être rapide, efficace et accessible

En plus de rendre le traitement du cancer plus précis, l’administration de radiations via flash, semble également présenter d’autres avantages : « Nous avons constaté chez des souris que les cellules saines subissent moins de dommages lorsque nous appliquons la dose de rayonnement très rapidement, et pourtant, l’effet de destruction des tumeurs est égal, voire légèrement supérieur à celui d’une exposition plus longue et conventionnelle », a déclaré Loo. « Si le résultat est valable pour les humains, il s’agirait d’un tout nouveau paradigme pour le domaine de la radiothérapie », a ajouté Loo.

Un autre objectif clé de ces projets est de rendre la radiothérapie plus accessible aux patients, à travers le monde entier. En effet, aujourd’hui, des millions de patients à travers le monde ne reçoivent que des soins palliatifs car ils n’ont tout simplement pas accès au traitement du cancer.

« Nous espérons que nos travaux contribueront à rendre le meilleur traitement possible disponible pour davantage de patients dans plus d’endroits à travers le monde » a déclaré Loo. « La prochaine génération d’accélérateurs pourrait vraiment changer la donne – en médecine et dans d’autres domaines, tels que les accélérateurs de lasers à rayons X, les collisionneurs de particules et la sécurité nationale », a ajouté Tantawi.

C’est la raison pour laquelle l’équipe s’est concentrée sur la conception de systèmes compacts, à faible consommation d’énergie, économiques, efficaces à utiliser en clinique et compatibles avec l’infrastructure existante dans le monde entier.

VIDÉO : Concept du projet PHASER

Source : SLAC/Stanford

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