De nouvelles avancées réalisées par les scientifiques du National Physical Laboratory (NPL) devraient transformer le traitement du cancer au Royaume-Uni et dans le monde.
Crédit d’image : Laboratoire national de physique
Les scientifiques du NPL ont travaillé sur une série de projets destinés à améliorer considérablement la précision d’un type de traitement de radiothérapie appelé radiothérapie par faisceau de protons. Les avantages de cette thérapie incluent un ciblage plus précis des tumeurs cancéreuses sans endommager les tissus sains environnants. Il minimise massivement les effets secondaires désagréables de la radiothérapie, en particulier dans le cas des patients pédiatriques, notamment l’insuffisance cardiaque, la fibrose pulmonaire et les cancers secondaires.
La radiothérapie par faisceau de protons est considérée comme une option supérieure aux formes établies de radiothérapie, car le rayonnement peut être largement confiné à la tumeur, minimisant ainsi les dommages causés aux tissus sains environnants. Mais pour tirer le meilleur parti du traitement, la précision de la dose de rayonnement provenant du traitement par faisceau de protons doit être similaire à celle obtenue avec les traitements de radiothérapie existants.
Pour atteindre cet objectif, l’équipe du NPL a réalisé trois avancées importantes :
- Produire son propre outil très précis pour mesurer et garantir les doses de rayonnement appelé le calorimètre à protons étalon primaire (PSPC)
- Développer de nouveaux matériaux plastiques équivalents aux tissus pour imiter avec précision les tissus humains tels que les os et les muscles lors de la phase de test
- Réaliser des mesures pionnières pour démontrer une nouvelle forme de radiothérapie appelée FLASH
Mesurer avec précision la dose de rayonnement absorbée par la radiothérapie protonique
Pour maximiser la précision et la cohérence de la mesure de la dose de rayonnement en radiothérapie protonique, NPL a développé le calorimètre protonique étalon primaire (PSPC) pour mesurer directement la dose de rayonnement absorbée dans les faisceaux de radiothérapie protonique.
La mesure de la dose de rayonnement s’accompagne toujours d’un niveau d’incertitude, mais le PSPC du NPL réduit cette incertitude de plus de moitié (0,9 % au lieu de 2,3 %), comme le rapporte le Code de pratique international pour la dosimétrie de radiothérapie (TRS-398), ce qui la rend plus précise. que les protocoles internationaux actuels.
Avec le PSPC, NPL garantit que les patients cancéreux subissant une radiothérapie protonique reçoivent des doses de rayonnement cohérentes et précises dans les différents établissements de traitement. Cela améliore les chances de traiter avec succès la tumeur et réduit la variabilité de la dose administrée aux patients.
À mesure que le nombre de centres de traitement par radiothérapie par faisceau de protons augmente au Royaume-Uni et ailleurs, il devient de plus en plus important d’assurer une administration de dose cohérente et précise entre eux. Le PSPC du NPL est un outil essentiel pour atteindre cet objectif, garantissant que les patients atteints de cancer reçoivent le meilleur traitement possible.
De nouveaux matériaux de test imitent précisément les tissus humains
L’équipe NPL a également développé de nouveaux matériaux plastiques pionniers qui imitent les propriétés de rayonnement des tissus osseux et musculaires humains pour l’imagerie photonique et les traitements par faisceaux de protons (https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1361-6560/acb637).
Les matériaux de test existants produisent de grandes incertitudes dans la dosimétrie de la protonthérapie, ce qui entraîne des différences relatives de « plage » allant jusqu’à huit pour cent. En tant que tels, ces matériaux existants ne peuvent pas être utilisés pour fournir des mesures précises d’assurance qualité pour la dosimétrie de protonthérapie.
En revanche, les nouveaux matériaux développés par NPL imitent fidèlement les propriétés des tissus humains dans un faisceau de protons avec une précision de un à deux pour cent : cela les rend beaucoup plus efficaces lorsqu’ils sont utilisés pour prendre en charge les mesures de dosimétrie des rayonnements dans le cadre de plans de traitement par protons complexes et d’études cliniques. essais. Les nouveaux matériaux imitant les tissus ont été utilisés pour développer un dispositif qui imite la tête et le cou d’un patient à des fins de radiothérapie. Le dispositif en plastique est utile car il permet aux centres cliniques de vérifier et de tester l’administration de leur traitement de protonthérapie sans avoir besoin d’un vrai patient.
L’appareil dispose de détecteurs internes qui permettent à l’utilisateur de prendre des mesures de dose qui peuvent être comparées aux valeurs prédites par le logiciel de planification de traitement. Ces tests donnent aux centres cliniques la confiance dans la fourniture de leurs traitements de protonthérapie aux patients.
Identifier la dose idéale pour une nouvelle technique de radiothérapie FLASH à ultra-haute dose
Grâce à une technologie de mesure pionnière, les scientifiques du NPL ont mesuré et standardisé la dose absorbée optimale idéale pour une forme potentiellement révolutionnaire de radiothérapie par faisceau de protons connue sous le nom de FLASH..
Le nouveau traitement de radiothérapie FLASH (RT) est aussi efficace que les techniques actuelles, mais évite également des dommages inutiles aux tissus sains et réduit considérablement le temps que les patients pédiatriques doivent passer à l’hôpital.
Les traitements FLASH peuvent être administrés en moins d’accouchements, voire en une seule fois, par rapport à la radiothérapie conventionnelle qui est souvent administrée par fractions sur une période d’environ six semaines, le patient devant se rendre quotidiennement à l’hôpital.
Une dosimétrie précise est essentielle pour éviter les erreurs qui pourraient amener un patient à recevoir une dose de rayonnement incorrecte et réduire les chances de succès du traitement. Actuellement, toute forme de radiothérapie entraîne un dépôt indésirable mais inévitable de rayonnement sur les tissus sains autour de la tumeur ciblée. Des études ont montré qu’un traitement utilisant un rayonnement à débit de dose ultra élevé (UHDR) pourrait épargner considérablement les tissus sains tout en étant au moins aussi efficace que les traitements à débit de dose conventionnel pour contrôler la tumeur – c’est ce qu’on appelle « l’effet FLASH ».
La percée du NPL a conduit au premier essai clinique sur l’homme de FLASH RT en novembre 2020, qui a impliqué 10 patients au centre de protonthérapie de l’hôpital pour enfants de Cincinnati dans l’Ohio, aux États-Unis. Les résultats des recherches de l’équipe NPL ont été publiés dans la revue scientifique Nature Scientific Reports en février. [”Absolute dosimetry for FLASH proton pencil beam scanning radiotherapy”].
Ana Lourenço, scientifique principale au NPL, a déclaré : « Nous travaillons avec l’Institut de physique et d’ingénierie en médecine (IPEM) pour développer un nouveau code de pratique (CoP) pour la dosimétrie de référence des faisceaux de protons. La prochaine CoP de l’IPEM utilisera le NPL PSPC et fournira un service d’étalonnage de la dose directement absorbée dans l’eau pour les faisceaux de protonthérapie. Ce développement important réduira l’incertitude quant à l’administration de la dose, garantissant un contrôle optimal des tumeurs et une précision améliorée des traitements de protonthérapie. L’établissement de normes cohérentes soutenues par la CoP bénéficiera non seulement aux patients au sein et entre les établissements de traitement, mais jettera également les bases du développement d’essais cliniques en protonthérapie.
Russell Thomas, responsable du secteur scientifique du NPL, a déclaré : « Notre équipe du NPL est largement reconnue comme leader mondial dans les domaines de la dosimétrie des protons. Pendant plusieurs années, nous avons travaillé pour développer une compréhension plus approfondie des aspects fondamentaux de la dosimétrie pour ce type de faisceau, ce qui a abouti au développement d’un étalon primaire dédié spécifiquement à la radiothérapie protonique. Sur cette base, nous sommes en mesure d’affiner davantage la compréhension de la réponse des chambres d’ionisation utilisées en clinique. En combinaison avec cela, mon équipe a développé des protocoles pour les cliniques d’audit, un aspect essentiel pour garantir que les traitements aux patients sont délivrés de manière optimale, et a développé nos propres matériaux spécifiquement pour imiter la réponse des tissus, des os, etc. dans le faisceau de protons. C’est un privilège pour moi de diriger une équipe de scientifiques aussi dévoués et talentueux dont les travaux ont un réel impact sur l’amélioration des résultats et de la qualité de vie des patients atteints de cancer.
Le développement de la dosimétrie et de l’audit en protonthérapie est une recherche très intéressante et enrichissante. L’objectif de notre travail est de donner confiance aux centres cliniques proposant un traitement par protonthérapie au Royaume-Uni et dans le monde, dans l’espoir d’améliorer encore les résultats pour les patients atteints de cancer.
Hannah Cook, scientifique supérieure, NPL
