Protonthérapie et hadronthérapie
Le pic de Bragg
Le pic de Bragg est un pic très marqué de la courbe de Bragg qui représente l’évolution de la perte d’énergie des radiations ionisantes au cours de leur trajet dans la matière.
Pour les protons, les particules alpha (noyaux d’hélium) et autres rayonnements ionisants, le pic se produit juste avant que les particules ne s’arrêtent. On appelle ce phénomène le pic de Bragg, (WH. Bragg l’a découvert en 1903).
Comme le pic de Bragg est d'une largeur de quelques millimètres, différentes opérations techniques sont nécessaires pour étaler le pic en fonction de l’épaisseur tumorale traversée et à son ajustement à la tumeur en profondeur. C'est la traduction dosimétrique d'un dépôt de dose très localisé, suivi d'une chute brutale où la dose s'annule sur quelques millimètres.
Pour couvrir des épaisseurs tumorales plus importantes que la largeur de ce pic « natif », il faut juxtaposer des pics à différentes profondeurs par un processus appelé « modulation d'énergie », délivrant une dose homogène à la tumeur tout en conservant une dose nulle au-delà de la cible.
La protonthérapie
LES PROTONS, UN PEU D'HISTOIRE...
Ernest Rutherford, néo-zélandais (Prix Nobel de chimie en 1908), a démontré l’existence des protons en 1919.
Robert Wilson, de l’université de Harvard a été le pionnier de l’utilisation des protons dans un objectif médical et a publié un article dans la revue Radiology en 1946 (1946;47:487–491) qui préfigure la protonthérapie actuelle.
L’idée du cyclotron avait été conçue en 1929 et c'est avec cette technologie que JH Lawrence (Prix Nobel 1939 pour le développement du cyclotron) a développé la technique de la séparation des isotopes de l’uranium.
Les premières publications d’irradiation de souris par des particules lourdes (ions et protons) remontent à 1952 et 1954.
LE PRINCIPE
Elle diffère de la radiothérapie conventionnelle par la nature du rayonnement utilisé...
D’un point de vue physique, les hadrons présentent une sélectivité balistique supérieure, liée à leurs mécanismes d’interaction avec la matière.
Au contraire des photons dont les interactions diminuent de manière quasiment inversement linéaire, la perte d’énergie des hadrons est maximale à une profondeur donnée (dépendant de l’énergie incidente), aboutissant à un dépôt de dose selon la courbe caractéristique du «pic de Bragg», avec très peu d’interactions en amont, et une dose quasi nulle en aval.
Ils présentent en outre la particularité radiobiologique d’être plus efficaces dans le pic de Bragg que les photons, en créant des lésions à l’ADN plus difficiles à réparer, donc plus létales. À dose physique identique, la quantité de lésions supplémentaires varie de 10 % (pour les protons) à 40-70 % (pour les ions lourds).
EN PRATIQUE...
La protonthérapie est une forme de radiothérapie souvent utilisée pour l’irradiation de tumeurs radio-résistantes pour lesquelles la chirurgie est souvent incomplète avec un risque important de mutilation
La diminution de la toxicité des radiations ionisantes par la protonthérapie permet d’envisager une amélioration de cette technique de traitement de par :
- Une augmentation de la taille des champs d’irradiation permettant ainsi d'utiliser cette technique en cas de tumeur étendue jusqu’alors inaccessible par une technique d’irradiation par photons du fait d’un risque de toxicité trop important
- La faculté d'augmenter la dose d’irradiation délivrée au niveau du volume cible et augmenter le taux de contrôle local de la maladie
- La possibilité d'avoir des traitements, dits « hypofractionnés » c’est-à-dire dont le nombre de fractions est réduit, diminuant les contraintes pour le patients
La protonthérapie : une technique optimisée de radiothérapie...
Les accélérateurs modernes de particules
L'efficacité relative des protons par rapport aux photons γ du cobalt 60 est de 1,1.
LES INDICATIONS
- Des mélanomes oculaires
- Des chordomes
- Des chondrosarcomes de la base du crâne et du canal rachidien
- Des tumeurs vertébrales et para-vertébrales
- Des traitements des carcinomes thoraciques (pulmonaires, lymphome de Hodgkin)
- De certaines tumeurs bénignes, notamment dans les méningiomes (tumeurs bénignes cérébrales)
- Des tumeurs de l'enfant
Quelques indications reconnues
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Chez l’enfant < 18 ans |
Chez l’adulte |
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Chordomes (para-)spinaux et base de crâne Chondrosarcome base de crâne |
Mélanome de l’uvée (si brachythérapie impossible) |
L'hadronthérapie
Les hadrons constituent les noyaux des atomes. C'est une radiothérapie externe (RTE) qui utilise un faisceau de particules «lourdes», si on les compare aux électrons et photons…
- Des protons (protonthérapie)
- Des neutrons (neutronthérapie)
- Des ions lourds, ions carbone principalement (carbonethérapie)
Le but de cette technique innovante est d’améliorer l’irradiation des cellules tumorales tout en épargnant les tissus sains et les organes. En effet, les protons ont des propriétés de précision balistique supérieures à celles des photons.
Les neutrons des propriétés d’efficacité biologique relative très intéressantes pour les tumeurs radio-résistantes.
Les ions lourds associent ces deux types de propriétés, balistiques et biologiques.
C'est une nouvelle méthode de radiothérapie utilisée pour le traitement de certains cancers avancés et/ou radio-résistants. De plus, la protonthérapie est une indication prioritaire pour les tumeurs de l’enfant du fait d’une diminution de la dose intégrale et du risque de cancers secondaires.
Il existe actuellement trois centres équipés Nice (2016) et Caen (2018)et le centre d’Orsay (2010).
Demain, les irradiations à haut débit...
LE PRINCIPE
Les irradiations à haut débit ou irradiations "FLASH" sont des méthodes permettant de délivrer une dose de 2 à 15 Gy en une fraction de seconde soit environ 600 à 2000 fois plus rapidement qu’avec les irradiateurs actuellement utilisés.
Cette technique est possible grâce à l'utilisation de machines de nouvelle génération qui produisent des rayonnements avec des hauts débits de dose
SON INTÉRÊT POTENTIEL
L'irradiation FLASH pourrait réduire la toxicité de l'irradiation tout en gardant l’activité antitumorale,. De plus, cette nouvelle technologie pourrait permettre de s’affranchir du mouvement des organes notamment pour les tumeurs en mouvement lors de la respiration.
mise à jour
25 avril 2025