Un jour, de nouvelles recherches suggèrent que des systèmes spécialisés pourraient barrer les patients atteints de cancer avec des particules pour fournir un cycle complet de radiothérapie en quelques microsecondes.
En utilisant une technique émergente connue sous le nom de radiothérapie flash, les médecins pourraient éradiquer les tumeurs en une fraction du temps et à une fraction du coût de la radiothérapie traditionnelle - au moins en théorie. Pour l'instant, la technique ultra-rapide n'a pas fait l'objet d'essais cliniques formels chez des patients humains, bien qu'un seul homme ait reçu le traitement expérimental, ont rapporté des chercheurs en octobre 2019 dans la revue Radiotherapy and Oncology. Maintenant, une nouvelle étude sur la souris, publiée le 9 janvier dans l'International Journal of Radiation Oncology, Biology and Physics, a démontré la promesse de cette thérapie contre le cancer.
"Il a le même taux de contrôle des tumeurs, mais beaucoup moins d'effet sur les tissus normaux", a déclaré le co-auteur de l'étude, le Dr Keith Cengel, professeur agrégé de radio-oncologie à l'hôpital de l'Université de Pennsylvanie.
En d'autres termes, la technique flash semble tuer les cellules tumorales tout en épargnant les tissus sains. La technique fonctionne en bombardant le site tumoral avec un flux constant de particules, généralement des particules légères, appelées photons, ou des électrons chargés négativement. Maintenant, Cengel et ses collègues ont jeté une autre particule dans le mélange: le proton chargé positivement.
"Il est unique en ce sens que ... cela n'a jamais été fait", a déclaré Marie-Catherine Vozenin, chef du laboratoire de radio-oncologie du CHU de Lausanne, qui n'a pas participé à l'étude. Cela ne veut pas dire que le déploiement de protons pour combattre les cellules cancéreuses est nécessairement une meilleure stratégie que l'utilisation de photons ou d'électrons, a-t-elle ajouté. "Toutes ces différentes stratégies ont des avantages et des inconvénients."
Cela dit, chaque particule peut être particulièrement adaptée pour cibler certains types de tumeurs à des endroits spécifiques du corps, ce qui signifie que les protons peuvent offrir la meilleure option de traitement pour certains patients, a déclaré Cengel.
Le timing est essentiel
Le nom "flash" se réfère simplement à la vitesse ultrarapide à laquelle la technique délivre le rayonnement aux tissus cibles. Flash inflige des coups aux cellules avec la même quantité totale de rayonnement que les thérapies existantes, mais plutôt que d'administrer la dose sur plusieurs semaines en sessions de quelques minutes, le traitement entier ne dure que les dixièmes de seconde, a déclaré Vozenin.
"Si nous pouvons aller au centième de seconde, c'est encore mieux", a-t-elle ajouté.
La vitesse fait toute la différence. En radiothérapie conventionnelle, un patient peut subir des dizaines de séances de traitement, pendant lesquelles les tissus sains peuvent être endommagés bien avant que les cellules tumorales ne périssent. Mais lorsque la même dose de rayonnement est délivrée à un rythme plus rapide, comme avec le flash, les tissus sains restent indemnes. La raison exacte pour laquelle cela se produit reste un mystère.
"C'est la question à un million de dollars ... nous travaillons dur pour essayer de comprendre cela", a déclaré Vozenin. La recherche suggère que l'éclatement fugace des radiations peut provoquer une baisse des niveaux d'oxygène dans les tissus sains, qui contiennent généralement beaucoup plus d'oxygène que les cellules cancéreuses. Les tumeurs résistent à la radiothérapie traditionnelle grâce en partie à leur manque d'oxygène, de sorte que l'effet temporaire provoqué par le flash pourrait renforcer les cellules saines contre les dommages, ainsi que réduire la production de radicaux libres nocifs, selon un rapport de 2019 dans la revue Clinical Oncology.
Mais ces preuves n'expliquent pas pourquoi les cellules cancéreuses réagissent différemment des cellules saines au traitement; d'autres mécanismes sont probablement en jeu, a déclaré Vozenin.
Quelle que soit la raison pour laquelle cela fonctionne, le rayonnement flash semble prometteur dans les études préliminaires, bien que la technique ait des limites. Les photons peuvent être utilisés pour cibler les tumeurs dans tout le corps, mais les machines qui tirent les particules ne peuvent pas encore tirer assez rapidement pour atteindre le débit de dose nécessaire. Les électrons de haute énergie peuvent pénétrer dans les tissus pour atteindre des tumeurs profondes mais sont technologiquement difficiles à générer. Les électrons à faible énergie offrent une autre option, mais ceux-ci peuvent percer seulement environ 2 pouces (5 à 6 centimètres) de chair, a déclaré Cengel.
Alors que les électrons de faible énergie peuvent prendre en charge les tumeurs superficielles, Cengel et ses collègues ont émis l'hypothèse que les protons pourraient être mieux adaptés pour cibler les cellules cancéreuses situées plus profondément dans le corps. Pour tester leur idée, ils ont dû construire les bons outils pour le travail.
Mis à l'épreuve
L'équipe a utilisé un accélérateur de protons existant, connu sous le nom de cyclotron, pour exécuter les expériences, mais a apporté un certain nombre de modifications. L'astuce consistait à augmenter la vitesse à laquelle les protons pouvaient être tirés de la machine tout en développant des stratégies pour surveiller où les protons ont atterri et en quelle quantité. Avec cette infrastructure en place, l'équipe pourrait mieux contrôler le courant des protons provenant du cyclotron, "un peu comme un robinet que vous pouvez ouvrir à fond ou goutte à goutte", a déclaré Cengel.
L'équipe a ensuite dirigé son cyclotron sur des souris modèles. Les tumeurs induites se sont développées dans les pancréas des animaux et le long de leurs intestins supérieurs, de sorte que les chercheurs ont envoyé une seule impulsion de rayonnement à travers les cavités abdominales des rongeurs. Le flash a duré entre 100 et 200 millisecondes, et en alignant de nombreux faisceaux de protons les uns à côté des autres, comme des spaghettis non cuits dans un tube étanche, l'équipe a frappé la cavité abdominale entière en un seul coup.
Comme prévu, le traitement a empêché la croissance tumorale et les cicatrices tissulaires qui résultent généralement du cancer, tout en laissant les tissus sains à proximité indemnes. "Il s'agit de la première preuve irréfutable d'un effet" flash "in vivo avec l'intestin grêle comme cible en utilisant des protons au lieu de photons ou… d'électrons", Vincent Favaudon, directeur de recherche à l'Institut Curie à Paris qui n'était pas impliqué dans la étude, a déclaré Live Science dans un e-mail.
Bien que réussie, l'étude a été menée sur des souris "et en petits volumes, ce qui n'est pas le cas chez les patients", a expliqué Vozenin. En d'autres termes, dans sa forme actuelle, la technique du flash à protons ne peut traiter qu'une petite zone de tissu à la fois. La technique devra être considérablement étendue avant d'être prête à être testée sur des animaux plus gros, et éventuellement des humains, a-t-elle déclaré.
"La principale limitation réside dans le débit de dose", a ajouté Favaudon. La recherche suggère que les tissus sains commencent à subir des dommages s'ils sont exposés à un rayonnement flash pendant plus de 100 millisecondes, a-t-il déclaré. "Délivrer la dose dans une impulsion d'une microseconde est toujours mieux. Donc, le défi consiste à augmenter le débit de dose d'un facteur de deux à cinq ou même plus."
Cengel et ses collègues prévoient de continuer à optimiser leurs outils et techniques tout en cherchant à déterminer quel débit de dose offre le plus d'avantages thérapeutiques. De cette façon, l'équipe mènerait une sorte d'essai clinique mais avec des animaux comme sujets initiaux. Pendant ce temps, Vozenin et ses collègues lanceront bientôt les premiers essais cliniques chez des patients humains afin de tester leurs propres techniques flash. Utilisant des électrons de faible énergie, ils visent à traiter les tumeurs superficielles, telles que celles observées dans les cancers de la peau.
"Si nous pouvons valider le concept de flash en grand volume et dans des applications cliniques, cela changera probablement toute la radiothérapie", a déclaré Vozenin. Elle a dit qu'elle s'attend à ce qu'une certaine version du rayonnement flash soit largement disponible pour les patients cancéreux au cours des 10 prochaines années. Favaudon a déclaré que les traitements ciblant les tumeurs de surface, ainsi que ceux exposés par chirurgie, pourraient être prêts d'ici deux ans. Les techniques utilisant des électrons de haute énergie et des faisceaux de protons pourraient être prêtes d'ici cinq à dix ans, a-t-il dit.
En supposant que le flash éclaire la route vers de vrais patients humains, la technique pourrait permettre aux médecins de cibler des tumeurs qui défiaient autrefois le traitement par rayonnement, a déclaré Cengel.
"Nous pourrions littéralement traiter des choses impossibles à soigner et guérir des personnes qui ne peuvent pas guérir", a-t-il déclaré. "Evidemment, gros grain de sel sur tout ça."
