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La nouvelle technologie d’accélérateur mise au point par la SLAC National Accelerator Laboratory du département de l’énergie et l’Université de Stanford vise à réduire les effets secondaires de la radiothérapie contre le cancer en réduisant sa durée de quelques minutes à moins d’une seconde. Intégrée aux futurs dispositifs médicaux, cette technologie pourrait également contribuer à rendre la radiothérapie plus accessible dans le monde entier.

Une nouvelle technologie pour tuer le cancer

En effet, l’équipe de la SLAC/Stanford a reçu un important financement pour aller de l’avant avec deux projets visant à développer des traitements contre les tumeurs – l’un utilisant des rayons X, l’autre utilisant des protons. L’idée est de détruire les cellules cancéreuses si rapidement que les organes et les autres tissus n’auraient pas le temps de se déplacer pendant l’exposition – un peu comme prendre une image figée d’une vidéo. Cela réduit le risque que les radiations frappent et endommagent les tissus sains autour des tumeurs, ce qui rendrait la radiothérapie encore plus précise.
« Administrer la dose de rayonnement d’une séance de thérapie entière avec un seul flash de moins d’une seconde serait la façon ultime de gérer le mouvement constant des organes et des tissus, et une avancée majeure par rapport aux méthodes que nous utilisons aujourd’hui », a déclaré Billy Loo, professeur agrégé de radio-oncologie à l’École de médecine de Stanford.
Sami Tantawi, professeur de physique des particules et d’astrophysique et expert scientifique en chef de la division de la recherche sur les accélérateurs de radiofréquences de la direction de l’innovation technologique de la SLAC, qui travaille avec Loo sur ces deux projets, a déclaré: “pour produire un rayonnement de haute intensité de manière suffisamment efficace, nous avons besoin de structures d’accélérateur qui sont des centaines de fois plus puissantes que la technologie actuelle. Le financement que nous avons reçu nous aidera à construire ces structures.”

Tuer le cancer par les rayons X

Le projet PHASER développera un système de diffusion par flashs de rayons X. Dans les appareils médicaux d’aujourd’hui, les électrons passent à travers une structure d’accélérateur en forme de tube d’environ un mètre de long, gagnant de l’énergie à partir d’un champ de radiofréquences qui traverse le tube en même temps et dans la même direction. L’énergie des électrons est alors convertie en radiographies.
Au cours des dernières années, l’équipe de PHASER a mis au point et testé des prototypes d’accélérateurs de formes spéciales et de nouvelles façons d’introduire les champs de radiofréquences dans le tube. Ces composants fonctionnent déjà comme prévu par des simulations et ouvrent la voie à des accélérateurs qui supportent plus de puissance dans une taille plus compacte.
« Ensuite, nous construirons la structure de l’accélérateur et testerons les risques de cette technologie, ce qui, dans trois à cinq ans, pourrait mener à un premier dispositif réel qui pourrait éventuellement être utilisé dans des essais cliniques », a déclaré M. Tantawi.
Le Stanford Department of Radiation Oncology fournira environ un million de dollars au cours de la prochaine année pour ces efforts et appuiera une campagne visant à recueillir plus de fonds pour la recherche. Le département de radio-oncologie, en collaboration avec l’École de médecine, a également créé le centre des sciences de la Radiation qui se concentre sur la radiothérapie de précision. Sa division PHASER, codirigée par Loo et Tantawi, vise à transformer le concept de PHASER en un dispositif fonctionnel.

Rendre la thérapie protonique plus agile

En principe, les protons sont moins nocifs pour les tissus sains que les rayons X parce qu’ils déposent leur énergie tumorale dans un volume plus confiné à l’intérieur du corps. Cependant, la thérapie aux protons nécessite de grandes installations pour accélérer les protons et ajuster leur énergie. La thérapie aux protons utilise également des aimants pesant des centaines de tonnes qui se déplacent lentement autour du corps d’un patient pour guider le faisceau vers la tumeur.
« Nous voulons trouver des façons innovatrices de manipuler le faisceau de protons qui rendra ces futurs dispositifs plus simples, plus compacts et beaucoup plus rapides », a déclaré Emilio Nanni, chercheur au SLAC, qui dirige le projet avec Tantawi et Loo. Cet objectif pourrait bientôt être atteint grâce à une récente subvention de 1,7 million de dollars du programme d’intendance de l’accélérateur du bureau de la Science du DOE pour développer cette technologie au cours des trois prochaines années.
“Nous pouvons maintenant aller de l’avant avec la conception, la fabrication et la mise à l’essai d’une structure d’accélérateur semblable à celle du projet PHASER qui sera capable de piloter le faisceau de protons, de régler leurs énergies et de délivrer des doses de rayonnement élevées pratiquement instantanément”, a déclaré M. Nanni.

Rapide efficace et accessible

En plus de rendre la thérapie du cancer plus précise, l’émission éclair de la radiation semble également avoir d’autres avantages. »Nous avons vu chez les souris que les cellules saines subissent moins de dommages lorsque nous appliquons la dose de rayonnement très rapidement, et pourtant l’effet tumoral est égal ou même un peu meilleur que celui d’une exposition plus longue », explique Loo. “Si ce résultat vaut pour les humains, il serait un tout nouveau paradigme dans le domaine de la radiothérapie.”
Un autre objectif-clé des projets est de rendre la radiothérapie plus accessible aux patients du monde entier. En effet, aujourd’hui des millions de patients dans le monde ne reçoivent que des soins palliatifs parce qu’ils n’ont pas accès à une thérapie contre le cancer, a déclaré Loo. « Nous espérons que notre travail contribuera à rendre le meilleur traitement possible disponible à plus de patients dans plus d’endroits et dans plusieurs pays. »
C’est la raison pour laquelle l’équipe se concentre sur la conception de systèmes compacts, économes en énergie, efficaces à utiliser en milieu clinique et compatibles avec les infrastructures existantes dans le monde entier, a déclaré Tantawi: “la première conception d’accélérateur linéaire médical largement utilisé a été inventée et construite à Stanford dans les années précédant la construction de SLAC.
La prochaine génération d’appareils de radiothérapie pourrait changer la donne en médecine et dans d’autres domaines, comme les accélérateurs de rayons X et les collisionneurs de particules.”

Une conception compacte

La conception de la PHASER proposée est suffisamment compacte pour s’adapter aux conteneurs de fret standard. Sa transportabilité pourrait contribuer à rendre la radiothérapie contre le cancer plus accessible dans le monde entier.
Peter Maxim de Stanford (maintenant directeur de la physique de la radio-oncologie à l’Université de l’Indiana) est un coinventeur de PHASER et a apporté des contributions-clés aux deux projets. Les autres membres de l’équipe de Proton Therapy sont Reinhard Schulte de l’Université Loma Linda et Matthew Murphy de la Varian Medical Systems.
Source : Stanford University
Crédit photo de Unsplash : Ken Treloar

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