Axe 2.2 : Extensions des projets précliniques POPRA aux protons

2.2.1: Apport potentiel cyclotron moyenne énergie et maturation d’un projet de plateau technique d’irradiation pour la recherche préclinique et la production d’isotopes pour l’imagerie médicale

Le besoin principal concerne donc l’évaluation pré-clinique de traitements thérapeutiques en cancérologie (sur le petit animal), ainsi que la mise au point de nouveaux protocoles innovants (in vitro sur lignées cellulaires, sur cultures organotypiques et in vivo sur petit animal). L’utilisation des protons en thérapie nécessite en effet des études aussi bien sur les effets biologiques des ions, leur efficacité thérapeutique que sur la dosimétrie associée pour les plans de traitement, sur des modèles moléculaires/cellulaires ou in vivo. L’opportunité de disposer de faisceaux de protons calibrés (fluence, énergie, distribution spatiale) et dans une gamme d’énergie autour de 20-30 MeV permettra la mise en œuvre de protocoles d’irradiation (i) sur des populations cellulaires humaines (lignées cancéreuses issues de patients) à haut débit, (ii) sur des xénogreffes (évaluation pré-clinique ex-vivo), (iii) sur des populations de modèles animaux d’intérêts (souris génétiquement modifiées pour des gènes d’intérêts, évaluation in vivo). Ces études permettront entre autres (i) de définir les Efficacité Biologique Relative (EBR) à différentes énergies de faisceau en fin de parcours, (ii) de comparer des EBR, les mécanismes de réparation et d’activation suite aux expositions à différents débits de dose en proton versus photons X, (iii) d’étudier la carcinogénèse proton induite chez des modèles murins d’intérêts…

Dans la cadre du programme IOPRA, le CENBG et les équipes de l’Institut Bergonié collaborent déjà sur des études par irradiation à basse énergie (sur la plate-forme AIFIRA) de lignées cellulaires de sarcomes issues de patients traités dans les services de radiothérapie. Le besoin est avéré d’irradier dans les conditions physique d’un traitement proton-thérapie sous forme de xénogreffes chez le petit animal (xénogreffes murines). Pour cela des énergies dans la gamme 30 MeV Protons sont largement suffisantes pour modéliser l’irradiation en fin de parcours dans la tumeur.

2.2.2: Extension des autres programmes de POPRA aux protons

Ces extensions concernent principalement des sujets déjà abordés dans POPRA mais qui auront aussi un focus dans le but pré clinique d’applications aux protons il s’agit principalement :

2.2.2.1: Extension algorithme de calcul : dans ce sens une collaboration sera ouverte avec le centre de protonthérapie de Nice.
2.2.2.2: Extension radiobiologie : une évaluation des effets biologiques sera largement focalisée aussi sur l’action des protons.
2.2.2.3: Dosimétrie comparative protons : un des principaux enjeux est de comparer l’intérêt dosimétrique potentiel de la protonthérapie en terme d’efficacité thérapeutique (couverture et homogénéité du volume tumoral) et en terme de radioprotection (diminution de la dose intégrale dans le reste du corps).

 

2.2.3 : Imagerie Protonique

Malgré ses nombreux avantages en terme de résolution en contraste et de dose, l’imagerie proton fut cependant abandonnée dans les années 1980 en raison du progrès rapide des technologies d’imagerie X et du coût nettement plus important des cyclotrons. Aujourd’hui, du fait du développement croissant des centres de protonthérapie, le développement de l’imagerie proton redevient d’actualité. Son utilisation offrirait en effet de nombreux avantages cliniques en augmentant considérablement la précision des traitements.

Les bénéfices potentiels d’une tomodensitométrie par proton pour la proton thérapie sont les suivants :

  • fournir des mesures plus précises permettant d’améliorer les prédictions fournies par les plans de traitement [7-9] ;
  • contrôler le positionnement du volume cible par rapport au faisceau avant l’irradiation ainsi que le champ irradié [10-11].

Les algorithmes déterministes ainsi que les méthodes introduites pour la résolution du problème d’optimisation développés au CELIA voient leurs applications se multiplier. L’imagerie protonique en fait partie. Aujourd’hui les modélisations numériques du transport des protons dans la matière sont principalement menées avec des Méthodes de type Monte-Carlo. Mais ces méthodes nécessitent des temps de calcul trop importants pour être réalisés en routine hospitalière.

A terme, l’objectif est de participer au développement d’un système de détection capable de fournir des images de qualité suffisante pour les applications en radiographie protonique.

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