Les techniques de radiothérapie sont utilisées depuis plus d’un siècle pour traiter les cancers. Les physiciens du groupe Radiation Detector and Imaging et associés au Biomedical Research & Innovation Center (BRIC) de l'installation d'accélérateur national Thomas Jefferson du ministère américain de l'Énergie recherchent depuis plusieurs années des améliorations technologiques en matière de radiothérapie en collaboration avec le Hampton University Proton Cancer Institute. (HUPCI). Aujourd’hui, les physiciens du BRIC lancent une étude sur la meilleure façon de faire progresser différents types de radiothérapie.
Les scientifiques du BRIC prévoient d'évaluer la capacité de la protonthérapie basée sur un accélérateur, comme celle proposée localement par HUPCI, à remplacer les traitements utilisant des sources radioactives, telles que le cobalt 60, afin de réduire les risques radiologiques potentiels qui pourraient être associés à ces isotopes.
L'étude est dirigée par Cameron Clarke, un scientifique du Jefferson Lab qui a développé la proposition en collaboration avec ses collègues Michael Dion et Eric Christy.
En tant que scientifique en début de carrière qui vient de rejoindre le laboratoire en tant que membre du personnel travaillant explicitement à faire avancer l'initiative BRIC, je suis très heureux d'avoir reçu ce feu vert du DOE. Je suis également enthousiasmé par la façon dont la genèse de ce projet reflète l'efficacité de l'approche collaborative à l'échelle du laboratoire que BRIC vise à faciliter, et j'ai hâte de continuer à approfondir ces liens pendant que je me lance dans l'étude.
Cameron Clarke, scientifique du Jefferson Lab
Les scientifiques du BRIC collaborent avec des partenaires des secteurs privé et public pour contribuer au développement de nouveaux dispositifs et systèmes qui appliquent les connaissances du laboratoire et des décennies d'expertise de classe mondiale dans les accélérateurs et les détecteurs de particules.
Parmi les innovations liées au BRIC de Jefferson Lab figurent des dispositifs avancés d'imagerie de médecine nucléaire pour mieux détecter le cancer ; utiliser des faisceaux d'électrons pour le traitement de l'eau ; et développer des détecteurs d'imagerie par rayonnement pour la recherche en biologie végétale afin de trouver des moyens d'optimiser la productivité des plantes, le développement des biocarburants et la séquestration du carbone dans la biomasse.
Avantages et inconvénients
La nouvelle étude est financée par l'Office of Radiological Security (ORS) de la National Nuclear Security Administration du DOE et se poursuivra jusqu'à l'exercice 2025. ORS se concentre sur la sécurité radiologique mondiale et promeut des technologies alternatives pour réduire l'utilisation de dispositifs à base de sources radioactives comme forme de réduction permanente des risques.
La radiothérapie externe consiste à utiliser un rayonnement externe pour traverser le corps et déposer de l'énergie dans les organes internes. Cela peut être réalisé à l’aide de rayons X, de rayons gamma ou de particules subatomiques telles que des électrons, des neutrons ou des protons.
La protonthérapie consiste à utiliser un faisceau de protons externe, un peu comme celui de l'installation utilisateur du DOE Office of Science au Jefferson Lab, l'installation d'accélérateur de faisceau d'électrons continu, qui est utilisée pour étudier les éléments constitutifs de la matière à l'aide d'un faisceau d'électrons.
Chaque méthode a ses avantages et ses inconvénients.
La protonthérapie, par exemple, est difficile et coûteuse à mettre en œuvre, nécessitant qu'un hôpital ou une clinique construise un accélérateur de particules, une protection contre les rayonnements et de grands portiques rotatifs pour permettre plusieurs angles de traitement.
La radiothérapie utilisant des sources de radio-isotopes, quant à elle, n'a besoin que d'un appareil de la taille d'une salle clinique pour abriter la source chaude, ainsi que d'un blindage et de collimateurs pour focaliser le faisceau utilisé dans le traitement.
Mais les principaux avantages de la protonthérapie résident dans les dispositifs de sécurité techniques qui empêchent la source de rayonnement de provoquer des risques radiologiques, qui proviennent de la localisation de la majeure partie du dépôt d'énergie et de la mise sous tension et hors tension rapide de la source de rayonnement. La localisation spatiale est particulièrement intéressante pour le traitement des tumeurs cancéreuses à proximité de tissus sensibles, comme pour les cancers de la prostate et du cerveau, ainsi que pour les soins pédiatriques, et le contrôle technique des sources de rayonnement est intéressant pour les problèmes de sécurité radiologique.
Clarke et ses collègues examineront les technologies de pointe actuelles et les obstacles pratiques au remplacement de la radiothérapie à base de radio-isotopes en collaboration avec HUPCI et d'autres sites cliniques. Ils se procureront également un système informatique de planification de traitement compatible avec la protonthérapie et simuleront les capacités relatives de performance du traitement du cancer à utiliser dans les discussions avec les médecins et contribueront à combler le fossé entre les chercheurs en physique nucléaire et les professionnels du traitement médical.
« Des impacts positifs tangibles »
Initialement intéressé par l'astronomie, Clarke est devenu intrigué par la physique nucléaire alors qu'il était étudiant à l'Université d'État du Mississippi lorsque ses professeurs, qui travaillaient dans le hall C du Jefferson Lab sur l'expérience Q-weak et d'autres, ont partagé leur expérience de recherche dans un cours de physique fondamentale.
Il a finalement été conquis lorsqu'il a participé au programme de stages de laboratoire de premier cycle en sciences du DOE au Jefferson Lab en 2014 et a eu une introduction pratique aux détecteurs, à la physique nucléaire et à l'imagerie.
Clarke a obtenu son baccalauréat en physique en 2015, puis son doctorat en physique expérimentale nucléaire et des particules de l'Université d'État de New York à Stony Brook à Long Island en 2021.
À SUNY, il est retourné au Jefferson Lab pour aider à diriger l'expérience PREX-II en 2019 et l'expérience CREX en 2020.
« Pendant la pandémie, tout en travaillant dans l'isolement, j'ai commencé à explorer des trajectoires de carrière qui pourraient s'appuyer sur mes connaissances techniques tout en générant des impacts positifs plus immédiatement tangibles sur les gens autour de moi », a déclaré Clarke. « Cela m'a amené à m'intéresser à la recherche industrielle appliquant la physique des détecteurs à l'imagerie médicale. »
En 2021, il a commencé un travail en tant que chercheur en détecteurs chez Canon Medical Research USA, Inc., travaillant sur des détecteurs à semi-conducteurs de nouvelle génération pour les scanners de tomodensitométrie à comptage de photons avant de retourner au Jefferson Lab en tant que scientifique.
« Je suis ravi de travailler au Jefferson Lab, car je viens travailler tous les jours et j'apprends quelque chose de nouveau sur la façon dont les principes et les technologies de la physique nucléaire peuvent être appliqués pour améliorer ma vie et celle de tous ceux qui m'entourent », a déclaré Clarke.
« Un aspect clé de mon parcours en tant que scientifique a été la curiosité : poser des questions pour comprendre comment le monde et tout ce qu'il contient fonctionne et apprendre à utiliser les outils de la science pour trouver les réponses en collaboration avec des experts et des collègues de classe mondiale.
« Mon parcours depuis la physique nucléaire jusqu'à l'imagerie médicale industrielle et maintenant mon retour à une sorte de point intermédiaire entre les deux est le résultat de la recherche de domaines de recherche qui équilibrent mes désirs concurrents de poser des questions fondamentales et de réaliser des développements technologiques immédiatement impactants qui aident les gens dans leur vie quotidienne. »
