« Les avancées en physique et l’horizon d’une nouvelle radiothérapie des tumeurs »

Les sciences bio­lo­giques ne sont pas les seules à se battre pour le pro­grès de la can­cé­ro­lo­gie. La phy­sique, grâce à la mise au point d’accélérateurs de par­ti­cules et de détec­teurs de plus en plus per­for­mants, est éga­le­ment asso­ciée à d’importants pro­grès thé­ra­peu­tiques. Elle par­ti­cipe notam­ment à l’amélioration de l’efficacité et à la réduc­tion des effets indé­si­rables des radio­thé­ra­pies, qui repré­sentent plus de la moi­tié des traitements. 

Pour com­prendre ces pro­grès, il faut tout d’abord com­prendre le prin­cipe de la radio­thé­ra­pie. Cette approche consiste à éli­mi­ner les cel­lules can­cé­reuses sous l’influence d’un rayon­ne­ment phy­sique. Ce rayon­ne­ment vise la des­truc­tion des cel­lules can­cé­reuses, le plus pré­ci­sé­ment pos­sible, en évi­tant de tou­cher les cel­lules saines envi­ron­nantes. Pour y par­ve­nir, les méde­cins s’appuient sur la toxi­ci­té radio-induite, c’est-à-dire la plus faible résis­tance des cel­lules can­cé­reuses aux effets du rayon­ne­ment ioni­sant en com­pa­rai­son d’une cel­lule saine. Cette pro­prié­té assure la marge thé­ra­peu­tique, c’est-à-dire la dif­fé­rence entre une dose* thé­ra­peu­tique et une dose toxique. Cette der­nière est aus­si le fruit d’avancées topo­lo­giques, d’une meilleure foca­li­sa­tion des fais­ceaux. La com­bi­nai­son de ces deux phé­no­mènes, toxi­ci­té radio-induite et topo­lo­gie, pro­tège les tis­sus sains autour de la tumeur.

Les rayons ioni­sants déposent leur éner­gie dans la pro­fon­deur des tis­sus. Ils agissent à dif­fé­rents niveaux : ato­mique, molé­cu­laire, chi­mique, bio­lo­gique et phy­sio­lo­gique. Au niveau ato­mique, les rayon­ne­ments inter­agissent avec les espèces chi­miques conte­nues dans la cel­lule. Leurs actions ioni­santes pro­duisent des espèces réac­tives, comme des radi­caux libres, qui peuvent éga­le­ment détruire l’ADN et pous­ser la cel­lule vers la mort. Ils agissent aus­si direc­te­ment au niveau molé­cu­laire, en pro­dui­sant des cas­sures sur les molé­cules d’ADN. Si ces dom­mages sont assez nom­breux, ils sub­mergent les pro­ces­sus de répa­ra­tion de la cel­lule. Lorsque cette der­nière va cher­cher à se divi­ser, le propre des cel­lules can­cé­reuses, elle échoue à mener sa divi­sion à terme et meurt. Cette somme de dom­mage attaque la struc­ture de la tumeur.

Plu­sieurs types de par­ti­cules peuvent être uti­li­sées : les rayons X (des pho­tons) sont les plus fré­quents. Depuis les années 1990, les méde­cins uti­lisent des pro­tons et depuis très peu de temps on étu­die l’intérêt des rayons d’électrons à haute éner­gie dans le trai­te­ment des cancers.

Ces méca­nismes sont connus et leur maî­trise bio­lo­gique sem­blait nette. On esti­mait que l’effet bio­lo­gique était assu­ré par la dose de rayon­ne­ment admi­nis­trée, un effet dose-réponse typique de la bio­lo­gie. Mais récem­ment, cette cer­ti­tude a été bou­le­ver­sée. On a décou­vert que le pro­fil tem­po­rel de la dose modi­fie la toxi­ci­té du rayon­ne­ment ¹. C’est ce qu’on appelle l’effet Flash. Il consiste à déli­vrer la dose en un temps extrê­me­ment court, quelques mil­li­se­condes au lieu de plu­sieurs minutes.

Or plus le temps est court, plus la sen­si­bi­li­té des cel­lules saines baisse alors que celle des cel­lules can­cé­reuses reste équi­va­lente. L’effet Flash aug­mente ain­si la marge thé­ra­peu­tique. En pra­tique, cela réduit les effets indé­si­rables de la radio­thé­ra­pie en pro­vo­quant moins de brû­lures et en pro­dui­sant moins de fibroses, une cica­tri­sa­tion anor­male des tis­sus sains qui peut entra­ver le fonc­tion­ne­ment d’un organe, comme le foie ou les pou­mons lorsqu’ils sont à proxi­mi­té de la zone irradiée.

Cet effet est de plus en plus docu­men­té par la recherche cli­nique, mais l’explication fine manque encore. Elle ouvre un nou­veau champ de recherche. 

Cette décou­verte a inci­té les scien­ti­fiques à ré-explo­rer les sources de par­ti­cules. A ce titre, nous étu­dions avec mon équipe l’intérêt des rayon­ne­ments géné­rés par laser. Contrai­re­ment aux sys­tèmes habi­tuels, les lasers sont à l’origine de sources de par­ti­cules pul­sées et non conti­nues. Les sources laser pré­sentent un pro­fil tem­po­rel encore dif­fé­rent de celui des sources conven­tion­nelles, et un mil­lion de fois plus court que le Flash. Le rayon­ne­ment géné­ré est à la fois très rapide et très intense loca­le­ment. Nous cher­chons actuel­le­ment à étu­dier son effet bio­lo­gique dans le but de com­prendre l’origine de l’effet Flash et, peut-être, de l’améliorer.

Sur des cel­lules en culture, nous avons obser­vé un effet bio­lo­gique, une toxi­ci­té des cel­lules can­cé­reuses qui semble inté­res­sante². Nous étu­dions actuel­le­ment la fai­sa­bi­li­té de réa­li­ser des tests in vivo afin de mieux qua­li­fier cet effet.

D’autres pro­grès sont liés aux avan­cées de la phy­sique. C’est le cas des nano­par­ti­cules, qui visent à concen­trer loca­le­ment l’irradiation. L’idée est d’injecter ces nano­par­ti­cules dans la tumeur. Elles poten­tia­lisent le rayon­ne­ment et per­mettent ain­si d’administrer une irra­dia­tion plus faible pour un effet bio­lo­gique constant. Ce qui réduit les effets indésirables.

D’autres nano­par­ti­cules libèrent des médi­ca­ments lorsqu’elles sont irra­diées. Elles forment une cage inerte qui empri­sonne des molé­cules cyto­toxiques. Sous l’action locale du rayon­ne­ment, la cage s’ouvre et libère le trai­te­ment anti­can­cé­reux. Cette approche vise à évi­ter que le patient ne soit sou­mis à une toxi­ci­té géné­rale du médi­ca­ment. Seule la zone irra­diée n’est en contact avec les molé­cules cytotoxiques.

Et pour ne par­ler que des pro­grès thé­ra­peu­tiques car le diag­nos­tic, avec les pro­grès majeurs réa­li­sé dans l’imagerie des can­cers, consti­tue un autre domaine qui se nour­rit des pro­grès des sciences physiques.

* dose : l’énergie dépo­sée sur une masse de tissu

Propos recueillis par Agnès Vernet