Les ions lourds pourraient améliorer radicalement la radiothérapie pour le traitement du cancer du pancréas et d’autres tumeurs difficiles à traiter si les chercheurs pouvaient mieux comprendre comment les ions agissent contre le cancer.
Un nouvel instrument à l’Université de Columbia aidera les scientifiques à découvrir tout le potentiel de la radiothérapie aux ions lourds. Le booster linac (accélérateur linéaire), soutenu par des subventions de l’Empire State Development de New York et du National Cancer Institute, fait de Columbia la première institution aux États-Unis dotée d’un instrument dédié à la recherche sur la radiothérapie par ions lourds.
Le carbone et d’autres ions lourds peuvent offrir des avantages importants par rapport à la radiothérapie conventionnelle dans le traitement du cancer du pancréas et d’autres types de cancer, mais la biologie sous-jacente à son efficacité n’est pas bien comprise. Grâce à de généreuses subventions de l’État et du National Cancer Institute, des scientifiques de Columbia et d’autres instituts de recherche sur le cancer nous aideront à répondre à des questions de longue date sur les mécanismes sous-jacents aux effets antitumoraux des ions lourds dans le but de développer des thérapies plus efficaces pour les maladies difficiles à traiter. traiter les cancers. »
David Brenner, PhD, professeur Higgins de biophysique des rayonnements et directeur du centre de recherche radiologique du Vagelos College of Physicians and Surgeons de l’Université Columbia
L’intérêt pour la radiothérapie aux ions lourds grandit
La radiothérapie conventionnelle utilise principalement des photons-; des particules de lumière en apesanteur pour endommager l’ADN des cellules tumorales. Les photons sont générés dans un linac, qui dirige ensuite un faisceau de photons vers le cancer. Mais parce que les photons sont si légers, ils libèrent de l’énergie dans les tissus sains en route vers leur cible. Et plus une tumeur est profonde, moins elle peut recevoir de rayonnement.
Un type alternatif de radiothérapie qui utilise des ions lourds-; des particules électriquement chargées telles que le carbone, l’hélium ou le lithium- ; peuvent avoir des effets supérieurs sur la destruction des tumeurs et moins d’impact sur les tissus voisins.
« Parce que ces ions sont plus massifs, ils déposent de l’énergie de manière plus concentrée que les photons et peuvent être capables de tuer les cellules tumorales plus efficacement que les photons, tout en produisant moins d’effets sur les cellules saines voisines », explique Guy Garty, PhD, professeur agrégé de radio-oncologie et directeur du Radiological Research Accelerator Facility (RARAF) du Columbia University Vagelos College of Physicians and Surgeons.
Il existe actuellement 13 centres en dehors des États-Unis qui traitent des patients par radiothérapie aux ions carbone. Les données d’innocuité et d’efficacité de ces centres montrent que la radiothérapie aux ions carbone pour certaines tumeurs difficiles à traiter est prometteuse.
Le carbone et d’autres ions lourds peuvent également déclencher une sorte de réponse immunitaire et peuvent aider à attaquer les cellules cancéreuses qui se sont propagées à d’autres parties du corps.
« Jusqu’à présent, nous n’avons pu étudier les effets des ions lourds que dans des couches uniques de cellules cancéreuses », ajoute Garty, « mais pour comprendre tous les effets biologiques et optimiser le traitement, nous devons étudier les ions lourds dans trois – des modèles de tumeurs dimensionnels ou des tissus vivants. »
Booster permet aux ions de « surfer » pour prendre de la vitesse
Pour mener de telles études, un linac plus puissant est nécessaire pour propulser le carbone et d’autres ions lourds plus profondément dans les tissus.
Le booster du linac ; une série de tubes en cuivre de deux mètres de long installés à l’extrémité de l’accélérateur RARAF ; profite de la charge électrique des ions pour les aider à prendre de la vitesse. Lorsque les ions traversent le booster, ils traversent des sections qui alternent entre celles avec une charge électrique positive et sans charge.
« Les champs ressemblent à des vagues et les ions continuent de rouler sur le bord positif des vagues comme un surfeur », explique Garty. « Chaque fois qu’ils traversent un champ électrique, ils reçoivent un coup de pied qui leur permet de voyager de plus en plus vite. Le booster double essentiellement l’énergie des particules sortant du linac et triple leur portée dans les tissus. »
Les études se concentreront sur les tumeurs difficiles à traiter
Bien que certaines installations d’ions carbone soient prévues pour les États-Unis, il est possible que des ions plus légers soient capables de produire les mêmes effets biologiques.
« L’un de nos objectifs est de voir si les effets observés avec les ions carbone peuvent être reproduits avec des ions plus légers, tels que l’hélium ou le lithium », explique Brenner. « Les accélérateurs d’ions carbone sont d’un coût prohibitif et nécessitent une énorme quantité d’espace, mais si vous aviez un ion plus léger qui pourrait faire le même travail, alors le prix et la taille de l’accélérateur seraient d’un ordre de grandeur inférieur et il s’intégrerait facilement dans un service de radio-oncologie.
Actuellement, les chercheurs de Columbia envisagent d’étudier les effets des ions lourds dans des modèles précliniques de tumeurs du pancréas, du sein, de l’œsophage, du mélanome et de la prostate.
