Les protons ciblent la tumeur avec précision

An e s t hésie R aDiot h é R apie
L es protons ciblent la tumeur a vec précision
La chimio et la radiothérapie ont pour objectif d’arrêter la croissance de la tumeur. Le rayon protonique
offre une nouveLLe foRme De RADiothéRAPie, moins dommageable et plus précise que d’autres.
Le Rinecker proton therapy center est équipé d’une des installations les plus modernes de ce type.
Ç
a ne tourne vraiment pas vite !
C’est ce qu’éprouvent certains
patients lorsqu’ils voient que
le viseur de la salle de radiothérapie du
Rinecker Proton Therapy Center (RPTC) à
Munich n’avance que millimètre par millimètre. « Mais lorsque nous montrons aux
patients l’appareil qui se cache derrière »,
dit le docteur Morten Eckermann, chefanesthésiste de cette clinique privée, « ils
trouvent qu’il avance plutôt vite finalement. » En effet, près de 150 tonnes sont en
mouvement : cet appareil de 11 m de diamètre, attaque les tumeurs cachées dans
le corps en 3 dimensions avec précision.
Le professeur et directeur médical
Manfred Herbst explique : « Il s’agit de
l’installation la plus moderne au monde
pour freiner la croissance des tumeurs
cancéreuses ou pour les détruire avec
un rayon de protons par le procédé du
balayage. » Ce spécialiste de médecine
interne à l’origine et spécialiste de la
radiothérapie voulait utiliser cette technologie dans un autre établissement dès
les années 1990. Mais le progrès se fit
attendre encore quelques années. Ce fut
le docteur Hans Rinecker qui initia et réalisa ce premier centre européen de radiothérapie par protons.
3D contre ADn
Les médecins disposent ainsi d’un autre
instrument qui, comme la chimiothérapie et le traitement déjà classique
par rayons X, détruit le génotype (ADN)
d’une tumeur et empêche ses cellules de
se diviser : la tumeur arrête de croître,
les cellules irradiées se dénaturent. Dans
l’idéal, il reste une sorte de tissu cicatri-
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ciel, ne représentant pas de gêne fonctionnelle pour le patient.
La destruction de l’ADN est effectuée
au RPTC à l’aide de protons, qui sont des
éléments à charge positive d’un noyau
d’atome d’hydrogène. Ils furent découverts en 1920 par le physicien Ernest
Rutherford. Les protons représentent la
plus grande partie du rayonnement cosmique. De nos jours, ils sont par exemple
amenés quasiment à la vitesse de la
lumière dans les accélérateurs de particules, afin que soit étudiée, notamment,
la nature de la matière.
L’apport de la physique à la médecine
La thérapie protonique est basée sur la
recherche nucléaire, qui s’accéléra nettement, surtout aux USA, avec le développement de la bombe atomique dans
les années 1940. Tout comme Wilhelm
Conrad Röntgen en 1895, les scientifiques
de l’époque se retrouvèrent devant un
« tout nouveau type de rayons » (voir également la revue Dräger 387, p. 36 et suiv.),
dont les risques et les bénéfices n’étaient
pas encore prévisibles. Un des premiers
pas décisifs vers la thérapie protonique
actuelle fut accompli par Robert R. Wilson, un physicien américain. Là-bas, à Los
Alamos, des accélérateurs de particules
(cyclotrons) étaient pour la première fois
disponibles, permettant d’accélérer suffisamment les protons pour qu’ils traversent les tissus humains.
En 1946, M. Wilson développa pour
la première fois ses propositions par
lesquelles il voulait faire connaître aux
« médecins et biologistes certaines des >
station de soins avec viseur (Gantry) : une des 4 salles identiques du Rinecker Proton therapy Center.
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Photos : RPtc München
Le premier centre
de thérapie
protonique en
Europe : Rinecker
Proton Therapy
Center à Munich.
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À gauche : la source des rayons, un cyclotron supraconducteur. À droite du centre de l’image se trouve le tube de sortie du rayon, disparaissant dans la structure complexe servant au guidage du rayon. À droite : un patient est allongé sur un matelas reproduisant les contours du corps. Durant la séance, rien ne doit bouger, car le rayon doit viser exactement la tumeur.
> propriétés physiques et possibilités de ces
rayons ». Celles-ci sont en effet particulières : le « Bragg Peak » notamment (voir
encadré, p. 27), fonctionne à l’inverse de
l’intuition humaine. Et c’est pourtant
lui qui fait du rayon de protons un instrument spécial de la radiothérapie. Le
moment où le rayonnement émet son pic
d’énergie en traversant le corps est décisif. Dans l’idéal, l’énergie doit se concentrer sur la tumeur, de façon à ce que les
tissus sains soient aussi peu touchés que
possible par le rayonnement.
Mais les rayons ionisants, tels que les
rayons X ou protoniques, ne se comportent pas de la même façon dans le corps
qu’un rayon lumineux dans l’air, dont
l’énergie diminue avec le carré de la distance. Les rayons X émettent leur pic de
rayonnement directement sous la peau.
À mesure qu’ils avancent dans les tissus,
ils faiblissent, comme la lumière. Ainsi,
avant d’atteindre la tumeur, ils lèsent
toutes les couches tissulaires intermédiaires, davantage que la tumeur ellemême. « Cela provoque entre autres des
effets secondaires importants et demande
beaucoup de séances à doses comparativement faibles, afin que les tissus sains puissent se régénérer entre-temps », explique
le professeur Herbst. Contrairement aux
rayons X, l’énergie émise par le rayon protonique atteint son pic en fin de trajectoire, dont la longueur à travers le tissu est
déterminée par son énergie. Ce pic fonctionne comme un scalpel, à l’endroit précis où l’on veut intervenir.
Le procédé appliqué à Munich
est encore plus raffiné, car il balaie la
tumeur en 3 dimensions, avec une pré-
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cision de moins d’un millimètre. « Avec
ce procédé du balayage, nous scannons
la tumeur ligne par ligne avec le rayon,
qui commute en l’espace de 250 microsecondes seulement », explique le docteur Martin Hillbrand, médecin-physicien du centre. Actuellement, le champ
balayé en un passage est encore de 25x25
cm, mais sera bientôt plus important. Le
balayage étant tridimensionnel, un passage peut être comparé à un disque. Pour
le disque suivant, la profondeur de pénétration est modifiée et la zone est adaptée. Ainsi, les différents passages permettent de suivre avec précision le contour
en 3 dimensions de la tumeur, sans trop
léser les tissus sains autour.
Plus petit qu’une bulle de champagne
Ce rayon est généré dans un accélérateur de particules supraconducteur, dont
la partie technique occupe 4 étages du
RPTC. Le docteur Eckermann explique :
« À partir de gaz hydrogène, nous fabriquons des protons, qui sont accélérés à
60% de la vitesse de la lumière et amenés via des tubes à vide directement à
l’une des 5 stations de thérapie. Au fait :
le volume de gaz nécessaire à une thérapie est plus petit qu’une bulle de champagne. » Le rayon protonique présente
une énergie maximum de 250 mégaélectron-volts [pour comparaison : les
produits d’une fission nucléaire ont une
énergie cinétique d’environ 200 MeV], qui
est réduite par un module ultérieur à la
valeur nécessaire pour la profondeur de
pénétration prescrite par le plan thérapeutique (jusqu’à 38 cm).
4 des stations de soins entourées de
murs épais en béton spécial sont équipées de manière à ce que l’appareil
appelé « Gantry », avec sa tête d’irradiation (nozzle), puisse être déplacé à 360°
autour du patient. Des écrans de radiographie sont fixés sur les parties latérales du Gantry, permettant de contrôler
la position du patient sur son matelas à
contours. Dans la 5e salle de soins, l’installation de radiothérapie est fixe et destinée à la tête et aux yeux. « Avec cette combinaison entre un cyclotron et 5 salles
de soins, nous exploitons bien la source
de rayonnement, sans avoir de pression
du temps », explique le docteur Eckermann.
En tant qu’anesthésiste, il est notamment chargé de veiller à ce que les
tumeurs cibles dans les organes risquant de bouger avec la respiration, ne
se déplacent pas durant la radiothérapie
: « Nous travaillons au millimètre près
et avec la respiration, certains organes
pouvant se déplacer jusqu’à 1,5 cm. » Son
service prend également en charge les
anesthésies pratiquées sur les enfants. «
Nous utilisons les stations d’anesthésie
Fabius Tiro de Dräger, dont le fonctionnement irréprochable a été vérifié dans les
salles de soins subissant les champs puissants des aimants à concentration et auxiliaires servant au contrôle du rayon protonique », ajoute le docteur Eckermann
qui a effectué plus de 1300 anesthésies
au cours des 2 premières années depuis
la création du RPTC, sans jamais aucune
complication.
Le plan thérapeutique est élaboré
en étroite collaboration entre les méde-
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R A D I OT HÉ R A PI E
Tumeur
1
A NE S T HÉS IE
BRAGG-PEAK
Dose d’énergie
Rayons X
(accélérateur linéaire 15 MV)
Protons
énergie cinétique
de 190 MeV = 25 cm de
profondeur de pénétration
DIRECTION DU RAYON
cins et les physiciens. Cela commence
par des entretiens avec le patient, destinés à établir la confiance et à informer.
Le plan de thérapie à proprement parler est établi à l’aide d’une scanographie
très haute résolution et, exceptionnellement, avec une IRM également (1,5 Tesla). Parfois, il est nécessaire d’effectuer
en plus une tomographie par émission
de positrons (PET) pour obtenir un plan
plus adapté. Après les examens, l’équipe
de radiologie dispose de résultats représentés en 3 dimensions et en haute résolution lui permettant de guider le rayon
protonique.
GRAPHIQUE : PICFOUR ; SOURCE : RPTC
Moins d’effets
secondaires
La radiothérapie se fait, selon les indications, en 18 séances en moyenne. « Le
patient doit généralement prévoir une
bonne demi-heure, préparation incluse,
le traitement en lui-même, absolument
indolore, durant à peine 60 secondes »,
explique le professeur Herbst. Par rapport à un traitement aux rayons X, le
nombre de séances est divisé par 2. De
plus, les effets secondaires tels que fortes
diarrhées, nausées et vomissements ainsi que le manque de salive ou d’appétit, sont presque toujours évités. Les
patients peuvent même travailler entre
les séances et la rééducation est généralement inutile.
Malgré ses avantages, la thérapie
protonique n’en est qu’à ses débuts en
Europe, contrairement aux USA. Le traitement est environ 3 fois plus cher qu’un
traitement par rayons X. « Mais ceci est
une vision trop simpliste des choses et
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Profondeur de pénétration (cm)
Variation du dosage de position lors de la pénétration des protons dans le
corps. Le schéma montre que, contrairement aux rayons X, les protons émettent
leur pic de rayonnement en fin de course.
Bragg Peak : au bon endroit
La radiothérapie est basée sur l’effet ionisant de rayons hautement énergétiques : en
traversant les tissus, les éléments chargés, tels que les protons, déchargent leur
énergie sur leur trajectoire. Sous l’effet de cette énergie, des électrons se détachent
des molécules des tissus. Ils se transforment en ions. Ces derniers endommagent
le génotype, l’ADN, des cellules. Si l’énergie des protons baisse en chemin, l’émission
d’énergie par unité de parcours augmente. Cet effet de freinage augmente sur la fin
et se manifeste de façon exponentielle appelée « Bragg Peak ». Pour assurer l’acuité
de la pointe, le rayon protonique doit être focalisé avec une grande précision et le
rester en traversant les tissus. Le Bragg Peak fut découvert en 1903 par le physicien
britannique Willy Henry Bragg, qui obtint en 1915, avec son fils Lawrence, le prix
Nobel de physique pour ses travaux sur les rayons X.
ne prend pas en considération de nombreux facteurs tels que les effets secondaires, l’espérance de vie et les complications », argumente le professeur
Herbst. Ce dernier facteur est notamment problématique pour les enfants,
chez lesquels les rayons X risquent de
causer des lésions permanentes au
niveau d’organes sains en pleine croissance. Pour certaines tumeurs du cerveaux et de l’œil, le rayon comparable à
un scalpel est également un avantage,
car il minimise le risque de lésion de
fonctions centrales du corps.
Le Rinecker Proton Therapy Center
attire déjà de nombreux patients de
toute l’Europe. Le risque de cancer
augmentant avec l’espérance de vie
ainsi qu’avec l’amélioration du niveau
de vie, la recherche de méthodes thérapeutiques continue à progresser
et les rayons protoniques pourraient
prendre de l’importance aussi en
Europe. À Munich, on a déjà pris
une large avance : « Il se passe 4 à 5
ans entre la planification et les premiers patients », résume le professeur
Herbst.
Nils Schiffhauer
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