La radiothérapie FLASH, dans laquelle le rayonnement thérapeutique est administré à un débit de dose très élevé, s'avère prometteuse pour épargner les tissus normaux tout en maintenant la destruction des tumeurs observée avec la radiothérapie conventionnelle. Jusqu’à présent, la plupart des études ont été réalisées à l’aide de faisceaux d’électrons, mais l’irradiation FLASH pourrait également être réalisée à l’aide de protons.
La protonthérapie délivre une faible dose intégrale aux tissus normaux et épargne les tissus situés derrière la tumeur, grâce au pic de Bragg – la profondeur à laquelle le faisceau de protons dépose la majorité de sa dose. Mais ce ciblage précis pose ses propres problèmes : des marges sont nécessaires pour tenir compte du positionnement inexact du pic de Bragg ; une planification solide est nécessaire pour atténuer les mouvements des organes et les changements anatomiques ; et des incertitudes entourent la distribution du transfert d'énergie linéaire (LET) et l'efficacité biologique relative (RBE) près du pic de Bragg.
Alors, la combinaison de protons avec la délivrance FLASH pourrait-elle éliminer ces défauts ? Selon Frank Verhaegen de Clinique Maastro, cela pourrait en fait permettre une toute nouvelle manière de délivrer des protons, qui ne dépendrait pas du tout du pic de Bragg. «Il y a quelque temps, j'ai eu l'idée que si nous pouvions produire des protons FLASH, nous pourrions nous débarrasser de la 'tyrannie' du pic de Bragg», explique Verhaegen.
L’idée est qu’au lieu de positionner les pics de Bragg à l’intérieur de la cible, les faisceaux de protons ont suffisamment d’énergie pour traverser directement le patient et sortir. Cette approche positionne efficacement les pics de Bragg distalement dans l'air, une tactique déjà courante dans la recherche préclinique où un ciblage précis est difficile chez les petits animaux.
Au lieu de s’appuyer sur le pic de Bragg pour épargner les tissus, cette technique de diffusion exploite l’effet protecteur de l’irradiation FLASH sur les tissus sains. "Avec FLASH, les tissus normaux sont épargnés non pas à cause de la faible dose, mais précisément parce qu'il s'agit de tissus normaux, qui réagissent aux débits de dose ultra-élevés d'une manière totalement différente", explique Verhaegen. "Ensuite, vous pouvez simplement envoyer des protons à travers le patient et même les utiliser derrière le patient pour effectuer une imagerie du portail des protons."
Verhaegen et ses collègues ont maintenant examiné l'utilisation de la protonthérapie FLASH à diffusion directe dans un cas illustratif de tumeur cérébrale, rapportant leurs résultats dans Physique en médecine et biologie.
Preuve de principe
Les chercheurs ont créé un plan protonique de validation de principe pour un patient atteint d'une tumeur neurologique proche de plusieurs organes à risque (OAR) avec des contraintes de dose strictes. Le plan utilisait quatre faisceaux de protons dirigés vers quatre cibles fictives placées à l’extérieur du patient, les faisceaux étant optimisés pour délivrer une dose à peu près uniforme à l’intérieur de la cible. L’équipe a ensuite comparé ce plan FLASH fictif avec un plan clinique conventionnel de protons à quatre faisceaux.
Pour le plan de transmission, les chercheurs ont supposé un hypothétique facteur de protection FLASH de 2 pour les tissus normaux. Ils notent que l'effet d'épargne observé jusqu'à présent dans les études FLASH basées sur les électrons se situe entre 1.4 et 1.8. Des facteurs de protection plus élevés ont été rapportés pour les faisceaux de protons FLASH, bien que l'on ne sache pas si et pourquoi les protons FLASH présenteraient une plus grande protection.
Les calculs de dose préliminaires ont montré que les plans de tir ont délivré une dose acceptable à la cible. Dans la plupart des cas, les contraintes de dose de l’OAR ont été respectées ou presque respectées. Et pour certains OAR, l’effet FLASH offre la possibilité de réduire la dose efficace en dessous des contraintes de planification. Les faisceaux transversaux ont augmenté la dose intégrale au cerveau, mais l'incorporation du facteur de protection FLASH de 2 a réduit la dose efficace à un niveau proche de celui du plan clinique non FLASH.
L'équipe souligne que le système de planification de traitement utilisé dans cette illustration n'a pas été optimisé pour le FLASH shoot-through, et qu'un algorithme développé spécifiquement pour cette nouvelle modalité devrait répondre plus facilement aux contraintes OAR.
Pour l'avenir
La mise en œuvre clinique de la protonthérapie FLASH shoot-through pourrait offrir de nombreux avantages, notamment la possibilité d'effectuer une dosimétrie via l'imagerie portaile des protons. Jusqu’à présent, une telle vérification de la protonthérapie était difficile à réaliser, même si elle est grandement nécessaire. L’approche shoot-through éliminerait également en grande partie le besoin de marges de traitement et éliminerait le problème des incertitudes LET et RBE.
Il est important de noter qu’il existe déjà des accélérateurs capables de fournir des traitements efficaces pour les tumeurs de la tête, du cou et du thorax, à l’aide de faisceaux de protons de 230 à 250 MeV. Les traitements abdominaux nécessiteraient des énergies de protons plus élevées (300 à 350 MeV), même si cela ne nécessiterait pas de nouvelle technologie d’accélérateur, mais seulement une mise à l’échelle. Les accélérateurs pourraient également être considérablement plus simples que les mises en œuvre actuelles, par exemple en supprimant le besoin de modulateurs d’énergie de faisceau.
L'équipe note que les accélérateurs de protons basés sur laser pourraient offrir un grand avantage pour FLASH en raison de leur débit de dose ultra élevé, mais qu'ils pourraient nécessiter encore un développement important pour atteindre des énergies suffisamment élevées pour les traitements par tir.
En fin de compte, l’impact clinique de la protonthérapie FLASH shoot-through dépendra fortement du facteur de protection FLASH, qui reste une quantité inconnue. "Le facteur de protection dépendra probablement de nombreux paramètres, dont certains peuvent être inconnus à l'heure actuelle puisque nous n'avons pas encore d'explication sur l'effet FLASH", a noté Verhaegen.
Suite à cette étude de démonstration de principe, l'équipe étudie désormais d'autres cas neurologiques, notamment des tumeurs de différentes tailles situées à proximité de structures sensibles, explique Verhaegen. Monde de la physique.
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