Hadronthérapie

L'hadronthérapie est une méthode innovante de radiothérapie pour le traitement du cancer. Elle est destinée à détruire les cellules cancéreuses radiorésistantes et inopérables en les irradiant avec un faisceau de particules. La radiothérapie conventionnelle utilise essentiellement des rayons X, l'hadronthérapie d'autres types de particules : des hadrons, notamment des protons (protonthérapie) et des ions carbone. Il est possible d'utiliser des neutrons (on parle alors de neutronthérapie) mais ce vecteur est peu utilisé car son pic de Bragg est moins prononcé que pour les particules lourdes chargées.

Avantages / inconvénients

Les hadrons, particules formées de quarks, constituent le noyau des atomes. Grâce à leur charge électrique ils peuvent acquérir de la vitesse grâce aux accélérateurs de particules et être guidés en faisceaux précis. Ils peuvent alors être vus comme des projectiles possédant une certaine énergie. Cette énergie transférée par des chocs successifs dans le matériau cible provoque des dommages qui, dans le cas d'une cellule vivante entraîne sa mort.

Les principaux avantages par rapport à la radiothérapie classique sont :

• une balistique plus précise. Lors de l'irradiation d'une zone cancéreuse, le rayonnement traverse les tissus en y déposant une certaine énergie (Dose radiative). Dans le cas des hadrons, c'est en fin de parcours que le (pic de Bragg décrivant le dépôt d'énergie) se produit (comparativement au reste du parcours où il est faible), alors qu'avec des photons ce dépôt en énergie est relativement linéaire. Ainsi une grande partie de l'énergie de la particule est déposée sur une courte distance. Cette qualité balistique permet d'atteindre plus précisément des cibles localisées en profondeur et donc de traiter des tumeurs cancéreuses non opérables ou résistantes aux rayons X/gamma, tout en épargnant mieux les tissus sains environnants.
  Les cellules touchées meurent 3 à 10 fois plus vite. Et grâce à l'imagerie en temps réel, le clinicien peut visualiser la zone traitée et utiliser le faisceau d'hadrons pour cibler précisément la zone à traiter (comme le robot Cyberknife).
• un « effet biologique » supérieur à celui des photons (on parle d'effet biologique relatif). Les dégâts causés par un rayonnement hadronique sur les cellules tumorales sont globalement supérieurs (d'un facteur 5 à 20) à ceux causés par des photons en radiothérapie (sachant que pour un même rayonnement les effets varient d'un organe à un autre). Ainsi, par exemple, il devient possible de traiter une tumeur au cerveau en 90 secondes, ceci sans anesthésie et sans douleur.
• Quand il s'agit d'ions carbone, l'efficacité en termes de destruction des cellules tumorale est - à dose égale - très supérieure à celle des photons ou des protons.

Inconvénient : ces avantages nécessitent en contrepartie un contrôle plus efficace du "tir", faute de quoi, il endommagerait les cellules périphériques plus gravement que ne l'auraient fait les solutions "classiques". Des moyens de contrôler ce "tir" sont en cours de développement ou d'étude, avec notamment un projet de Gamma-caméra qui devrait permettre le « contrôle en ligne et en temps réel de la dose déposée lors d’un traitement » ^[1].

Indications

On peut résumer les résultats des études cliniques par^[2],[3] :

• Environ 1 % des patients traités aujourd'hui avec des photons devrait certainement être traités avec des protons puisque les résultats sont meilleurs que ceux obtenus en radiothérapie
• Environ 12 % des patients traités aujourd'hui avec des photons devrait profiter d'un traitement par proton mais d'autres études cliniques sont nécessaires pour quantifier, localisation par localisation, les avantages cliniques.
• Environ 3 % des patients traités aujourd'hui avec des photons devrait profiter d'un traitement par carbone, mais de nombreuses autres essais d'escalade de dose et d'études cliniques sont nécessaires.

Comment ça marche ?

L'objectif consiste à irradier les cellules cancéreuses avec le faisceau de particules afin de les détruire, tout en épargnant au maximum les tissus sains environnants. Pour cela, il faut connaitre les interactions entre les particules et la matière. Les effets de ce rayonnement sur la matière sont mesurés par la dose (ou énergie déposée par unité de masse). Il s'agit donc de contrôler le faisceau d'irradiation de façon à ce que la dose déposée soit maximale à l'endroit de la zone tumorale et minimale ailleurs^[4].

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  Courbe de rendement en profondeur des photons et des protons, remarquez le pic de Bragg (protons) très net : les protons déposent leurs énergies dans une petite fenêtre de profondeur.
  Les particules sont accélérées dans un cyclotron ou un synchrotron. Un synchrotron est nécessaire pour les ions de carbone. L'interaction des particules avec les tissus dépend de la vitesse de la particule : le dépôt d'énergie dans les tissus est inversement proportionnel au carré de vitesse. Dans la matière, les particules sont freinées de façon continue et d'autant plus fortement qu'elles pénètrent profondément. Tant qu'elles possèdent une vitesse élevée (énergie supérieure à 50 MeV/u), leur effet ionisant sur les tissus n'est que relativement faible. Ce n'est que vers la fin de leur parcours que la plus grande partie du dépôt d'énergie a lieu. À ce moment-là, ce dépôt augmente fortement sur une distance de quelques millimètres, pour ensuite diminuer rapidement. On appelle pic de Bragg le profil décrivant la dose déposée en fonction de la profondeur de tissu traversé. L'énergie de la particule à la sortie de l'accélérateur règle la profondeur de pénétration et la position du maximum d'effet. Ce comportement permet ainsi de déposer une dose très élevée à la tumeur tout en épargnant les tissus environnants et/ou les organes à risque. Cette propriété rend ce type de rayonnement plus précis que les photons (ou rayons X) utilisés en radiothérapie conventionnelle.

• Un autre avantage existe pour les ions carbone : la densité d'ionisation est élevée à la fin du parcours. Cela entraîne des dommages plus importants sur l'ADN des cellules cancéreuses, qui ont ainsi plus de mal à se réparer que les cellules saines se trouvant en amont. On considère que ce type de rayonnement est entre 1,5 et 3 fois plus efficace qu'un faisceau de photons (environ 1,1 pour les protons). On parle d'« effets biologiques relatifs ». Les rapports des dégâts entre hadron et photon sont complexes et dépendent de nombreux paramètres. La discipline étudiant ces effets est la radiobiologie.

Des recherches sont actuellement en cours au CERN pour pouvoir utiliser des faisceaux d’antiprotons, au lieu de protons ou de noyaux atomiques. Cette fois, c’est l’énergie dégagée par l’annihilation, entre les antiprotons injectés et les protons présents dans la cible, qui détruira la tumeur. Cette méthode serait plus avantageuse que les autres thérapies par faisceau de particules car moins dommageable pour les tissus sains. Les premiers résultats sont prometteurs, mais les applications médicales ne sont pas attendues avant plusieurs années^[5].

Centres d'hadronthérapie par ions carbone dans le monde

Centres d'hadronthérapie par ion carbones dans le monde

Nom	Ville	Pays	Localisation	Commentaire
GSI Gesellschaft für Schwerionenforschung	Darmstadt	Allemagne	49°55′54.71″N 8°40′46.20″E / 49.9318639, 8.6795	Opérationnel
HIT Heidelberger Ionenstrahlen-Therapie	Heidelberg	Allemagne	49°24′58.87″N 8°40′2.02″E / 49.4163528, 8.6672278	Ouvert (11.2009)
NIRS-HIMAC Heavy Ion Medical Accelerator in Chiba	Chiba	Japon	35°38′9.84″N 140°6′13.62″E / 35.6360667, 140.1037833	Opérationnel
HIBMC Hyogo Ion Beam Medical Center	Hyogo	Japon	34°56′48.17″N 134°25′49.54″E / 34.9467139, 134.4304278	Opérationnel
CNAO National Center of Oncological Adrotherapy	Pavia	Italie	45°11′57.61″N 9°8′26.03″E / 45.1993361, 9.1405639	En construction
ETOILE Espace de Traitement Oncologique par Ions Légers dans le cadre Européen	Lyon	France	45°44′20.26″N 4°53′22.47″E / 45.7389611, 4.889575	Ouverture fin 2013
ARCHADE Advanced Resource Centre for HADrontherapy in Europe	Caen	France	49°10′59″N 0°22′10″O / 49.18306, -0.36944	Ouverture d'un centre de recherche fin 2015.
MedAustron Austrian Ion Therapy & Cancer-Research Centre Project	Wiener Neustadt	Autriche	47°49′N 16°14′E / 47.817, 16.233	En projet

Un nouveau centre d'hadronthérapie devrait ouvrir ses portes fin 2013 à Lyon^[6].

Il a pour nom "ETOILE". Depuis l'annonce officielle du Ministre de la Santé en février 2007 le projet se concrétise. Un Groupement de Coopération Sanitaire (GCS) a été créé pour mener à bien ce projet vers la construction du " Centre Étoile" [1], qui sera ainsi le premier centre en France de traitement de cancer par hadronthérapie par ions carbone. Un centre de ressources technologiques s'ouvrira à Caen, il sera dévolu à la R&D et viendra en soutien des centres accueillant des patients.

Quelques centres d'hadronthérapie par proton (protonthérapie) dans le monde

Centres d'hadronthérapie par proton dans le monde

Nom	Ville	Pays
Proton Treatment Center at the Loma Linda University	Loma Linda, Californie	États-Unis
Proton Therapy Center at M. D. Anderson	Houston	États-Unis
Francis H. Burr Proton Therapy Center	Boston	États-Unis
Institut Paul Scherrer	Villigen	Suisse
ISL	Berlin	Allemagne
RPTC Rinecker Proton Therapy Center	Munich	Allemagne
Proton Medical Research Center University of Tsukuba	Tsukuba	Japon
Centre de protonthérapie de l'Institut Curie	Orsay	France
Centre Antoine Lacassagne	Nice	France
University of Florida Proton Therapy Institute	Jacksonville	États-Unis
ProCure Proton Therapy Center Oklahoma City	Oklahoma City	États-Unis
The Roberts Proton Therapy Center	Philadelphia	États-Unis
Westdeutschen Protonentherapiezentrum Essen	essen	Allemagne
Wanjie Proton Therapy Center	Zibo	Chine
Hampton University Proton Therapy Institute	hampton	États-Unis

Références

Liens externes

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