Exploiter la puissance des lasers à haute énergie pour cibler le cancer
En 2020, 18 millions de nouveaux cas de cancer ont été recensés dans le monde, selon Cancer Research UK(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre). D’ici à 2040, les taux d’incidence annuels devraient augmenter d’environ 55 %. La protonthérapie (PT) est un type de radiothérapie qui recourt à des protons à haute énergie pour détruire les cellules cancéreuses. Des études ont montré qu’il s’agissait d’un traitement prometteur et efficace contre de nombreux types de tumeurs, dont celles du cerveau, de la tête et du cou, du système nerveux central, des poumons, du système gastro-intestinal et de la prostate, ainsi que pour les cancers inopérables. Pourtant, les systèmes actuels de PT sont trop vastes et très coûteux. Les salles de soins peuvent atteindre la taille d’un terrain de football et coûter jusqu’à 120 millions d’euros pour un système à plusieurs salles, dont la construction peut durer plusieurs années. Dans le cadre du projet LPT, financé par l’UE, les chercheurs ont mis au point un système de PT ultra-compact et très performant, de conception nouvelle, qui pourrait suffisamment réduire les coûts pour permettre à la PT de devenir une option de premier plan dans le traitement du cancer. «La technique s’appuie sur un laser à haute intensité qui interagit avec un plasma hautement enrichi en protons, provenant d’une cible en polymère nanotechnologique», explique Moshe Cohen-Erner, vice-président de la R&D à HIL Medical(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) et coordinateur du projet LPT.
Comprendre les lasers à haute intensité
Le nouveau système innovant de PT de LPT utilise un laser pulsé de haute intensité qui irradie une cible nanométrique riche en protons. Les protons sont accélérés à un niveau d’énergie pertinent sur le plan clinique, puis confinés et concentrés par un champ magnétique sur la tumeur cancéreuse. «Cette nouvelle technique rend la PT largement accessible en proposant des systèmes de traitement rentables, dans une ou plusieurs salles», ajoute Moshe Cohen-Erner. «Elle élimine les principaux obstacles à l’adoption généralisée des systèmes de PT.» Les étapes innovantes de LPT comprennent l’utilisation d’un accélérateur de protons basé sur le laser pour produire des grappes de protons améliorées; une ligne de faisceaux spécialisée et un portique fixe pour l’extraction des faisceaux; ainsi que des aimants et des éléments magnétiques uniques pour manipuler le faisceau de protons rapides. Ces innovations permettent de produire un système de PT avec une empreinte (réduction de 50 %), un volume (réduction de 75 %) et un poids (réduction de 99 % de l’accélérateur) moindres tout en réduisant les coûts de 50 à 75 %. «L’utilisation d’un accélérateur de protons à laser avec un portique fixe permet de réduire la longueur du trajet des particules chargées ainsi que le nombre d’aimants, et de ne plus recourir à un portique rotatif énorme et lourd. Il réduit la taille de l’équipement d’hébergement, qui peut peser jusqu’à 500 tonnes», explique Moshe Cohen-Erner.
Améliorer la puissance du laser
Dans le cadre du projet LPT, les premières expériences d’accélération de protons par laser avec des cibles nanométriques ont permis d’accélérer des protons à des énergies relativement faibles. «Il s’agissait d’une preuve passionnante et solide pour publier les premiers(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) articles(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) examinés par des pairs(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) sur le sujet», souligne Moshe Cohen-Erner. L’équipe a continué à développer l’accélérateur de protons et augmenté la production d’énergie en améliorant les cibles nanotechnologiques et en utilisant un laser de plus forte intensité. Ces expériences ont été menées à l’Institut Max Born(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) (MBI), en Allemagne, par une équipe internationale de scientifiques du HIL, du MIL, du Laboratoire de recherche navale(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) à Washington DC et de l’Université de Strathclyde(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) à Glasgow. Les résultats concluants ont été publiés dans des revues scientifiques à comité de lecture(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre).
Introduire le nouveau système laser dans les cliniques
«Nous sommes fiers de notre idée innovante qui a reçu des commentaires de leaders d’opinion, de médecins et de clients potentiels qui ont fait part de la nécessité de disposer d’un système de PT aussi performant et abordable», note Moshe Cohen-Erner. «Cela nous donne l’impulsion et le soutien pour accélérer notre développement et atteindre les cliniques.» L’équipe passe maintenant à la phase suivante du projet, à savoir l’assemblage d’une installation laser de 200 TW pour démontrer l’existence de grappes de protons pertinentes sur le plan clinique. Les tests bêta de ce système permettront à l’équipe d’introduire le traitement dans des environnements cliniques dans un avenir proche.
Mots‑clés
LPT, cancer, proton, thérapie, nouveau, laser, cliniques, accélération, ligne de faisceau
