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Radiation Response Models for Personalised Radiation Oncology

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Résultats d’une radiothérapie modélisée à l'échelle microscopique

La radiothérapie demeure l'un des traitements standard du cancer, elle est administrée à des millions de patients européens chaque année. Comprendre l'impact de la radiothérapie à l'échelle microscopique permettra d’améliorer les résultats du traitement et d’en minimiser les effets secondaires.

Recherche fondamentale

La radiothérapie anticancéreuse a connu des améliorations spectaculaires ces dernières années grâce au développement des techniques d'imagerie et d'administration du rayonnement thérapeutique. Les systèmes de planification de radiothérapie se concentrent pourtant uniquement sur la dose en négligeant la réponse physique et biologique du traitement. Pour remédier à ce problème, les chercheurs du projet RADRESPRO, financé par l'UE, ont proposé de développer un cadre modèle sur plusieurs niveaux pour combler le fossé existant entre la planification de la radiothérapie macroscopique actuelle et une compréhension approfondie à l'échelle microscopique. L’argumentaire principal étant le support des futures approches personnalisées d’une radiothérapie adaptée aux besoins et à la radiosensibilité de chaque patient. Les chercheurs ont ainsi établi un cadre de calcul permettant de modéliser les réponses aux rayonnements au niveau d'une cellule unique. Ce modèle prévoit le taux de mutations, les aberrations chromosomiques et la survie des cellules pour toute une palette de conditions d'exposition aux rayonnements et types de rayonnements ionisants. Les chercheurs se sont particulièrement intéressés à la caractérisation des réponses cellulaires fondamentales, comme la réparation de l'ADN, le cycle cellulaire et la mort cellulaire après exposition aux rayonnements ionisants. La validation du modèle sur plusieurs centaines de lignées cellulaires et différentes conditions expérimentales a montré son excellent pouvoir prédictif basé sur des caractéristiques cellulaires, génétiques et phénotypiques. En s’appuyant uniquement sur les espèces d'origine et les gènes associés au cycle cellulaire et aux défauts de réparation de l'ADN, le modèle permet d’expliquer avec précision jusqu'à 80% de la variation de sensibilité entre les différentes lignées cellulaires. Les chercheurs ont élargi leur modèle pour décrire l'impact des différents types de rayonnement (rayons X, protons et ions carbone) en y incorporant les modèles physiques de dépôt d'énergie à l'échelle subcellulaire. Cette optimisation a permis aux chercheurs de caractériser la meilleure efficacité biologique d'un rayonnement ionisant plus dense. L'incorporation d'une composante temporelle a permis d'estimer l’exposition fractionnée ou prolongée aux rayonnements en mettant l'accent sur le stress et la survie cellulaire. Dans l'ensemble, le modèle a ainsi démontré une puissance prédictive largement applicable aux radiothérapies actuelles et sa capacité d'intégration dans le déroulement des opérations cliniques. Être capable de mesurer la sensibilité et l'efficacité biologique relative de la radiothérapie sur une base spécifique au patient devrait ainsi améliorer significativement les résultats du traitement.

Mots‑clés

Radiothérapie, RADRESPRO, cadre de calcul, cycle cellulaire, réparation de l'ADN

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