Des chercheurs du SLAC et de Stanford développent une nouvelle technologie basée sur un accélérateur qui vise à accélérer la radiothérapie du cancer par des centaines de fois et à rendre les dispositifs médicaux associés plus compacts. L'approche pourrait réduire les effets secondaires chez les patients et peut-être rendre la radiothérapie plus accessible dans le monde. Crédit :Greg Stewart/SLAC National Accelerator Laboratory
Une nouvelle technologie basée sur les accélérateurs développée par le Laboratoire national des accélérateurs SLAC du ministère de l'Énergie et l'Université de Stanford vise à réduire les effets secondaires de la radiothérapie anticancéreuse en réduisant sa durée de quelques minutes à moins d'une seconde. Intégré dans les futurs dispositifs médicaux compacts, la technologie développée pour la physique des hautes énergies pourrait également contribuer à rendre la radiothérapie plus accessible dans le monde.
Maintenant, l'équipe SLAC/Stanford a reçu un financement crucial pour poursuivre deux projets visant à développer des traitements possibles pour les tumeurs, l'un utilisant les rayons X, l'autre utilisant des protons. L'idée derrière les deux est de faire exploser les cellules cancéreuses si rapidement que les organes et autres tissus n'ont pas le temps de bouger pendant l'exposition, un peu comme prendre un seul arrêt sur image d'une vidéo. Cela réduit le risque que le rayonnement frappe et endommage les tissus sains autour des tumeurs, rendre la radiothérapie plus précise.
« Délivrer la dose de rayonnement d'une séance de thérapie entière avec un seul flash d'une durée de moins d'une seconde serait le moyen ultime de gérer le mouvement constant des organes et des tissus, et une avancée majeure par rapport aux méthodes que nous utilisons aujourd'hui, " dit Billy Loo, professeur agrégé de radio-oncologie à la Stanford School of Medicine.
Sami Tantaoui, professeur de physique des particules et d'astrophysique et scientifique en chef de la division de recherche sur les accélérateurs RF de la direction de l'innovation technologique du SLAC, qui travaille avec Loo sur les deux projets, mentionné, "Afin de fournir un rayonnement de haute intensité suffisamment efficacement, nous avons besoin de structures accélératrices des centaines de fois plus puissantes que la technologie actuelle. Le financement que nous avons reçu nous aidera à construire ces structures. »
Faire sauter le cancer avec des rayons X
Le projet appelé PHASER développera un système de diffusion flash pour les rayons X.
Dans les dispositifs médicaux d'aujourd'hui, les électrons traversent une structure d'accélérateur en forme de tube d'environ un mètre de long, obtenir de l'énergie à partir d'un champ de radiofréquence qui traverse le tube en même temps et dans la même direction. L'énergie des électrons est ensuite convertie en rayons X. Au cours des dernières années, l'équipe PHASER a développé et testé des prototypes d'accélérateurs avec des formes spéciales et de nouvelles façons d'alimenter le tube en champs radiofréquences. Ces composants fonctionnent déjà comme prévu par les simulations et ouvrent la voie à des conceptions d'accélérateurs prenant en charge plus de puissance dans un format compact.
"Prochain, nous construirons la structure de l'accélérateur et testerons les risques de la technologie, lequel, dans trois à cinq ans, pourrait conduire à un premier dispositif réel qui pourra éventuellement être utilisé dans des essais cliniques, " a déclaré Tantaoui.
Le département de radio-oncologie de Stanford fournira environ 1 million de dollars au cours de la prochaine année pour ces efforts et soutiendra une campagne visant à augmenter le financement de la recherche. Le service de radio-oncologie, en collaboration avec la Faculté de Médecine, a également créé le Radiation Science Center, spécialisé dans la radiothérapie de précision. Sa division PHASER, co-dirigé par Loo et Tantawi, vise à transformer le concept PHASER en un dispositif fonctionnel.
Composant accélérateur prototype pour le projet PHASER, qui utilisera une nouvelle conception d'accélérateur des centaines de fois plus puissante que les accélérateurs des dispositifs actuels de radiothérapie. Crédit :SLAC National Accelerator Laboratory
Rendre la protonthérapie plus agile
En principe, les protons sont moins nocifs pour les tissus sains que les rayons X car ils déposent leur énergie tueuse de tumeurs dans un volume plus confiné à l'intérieur du corps. Cependant, La protonthérapie nécessite de grandes installations pour accélérer les protons et ajuster leur énergie. Il utilise également des aimants pesant des centaines de tonnes qui se déplacent lentement autour du corps du patient pour guider le faisceau dans la cible.
"Nous voulons proposer des moyens innovants de manipuler le faisceau de protons qui simplifieront les futurs appareils, plus compact et beaucoup plus rapide, " dit Emilio Nanni, un scientifique du SLAC, qui dirige le projet avec Tantawi et Loo.
Cet objectif pourrait bientôt être à portée de main, grâce à une récente subvention de 1,7 million de dollars du programme DOE Office of Science Accelerator Stewardship pour développer la technologie au cours des trois prochaines années.
« Nous pouvons maintenant aller de l'avant avec la conception, fabriquer et tester une structure accélératrice similaire à celle du projet PHASER qui sera capable de piloter le faisceau de protons, régler son énergie et délivrer des doses élevées de rayonnement pratiquement instantanément, " dit Nanni.
La conception PHASER proposée est suffisamment compacte pour tenir dans des conteneurs de fret standard. Sa transportabilité pourrait contribuer à rendre la radiothérapie du cancer plus accessible dans le monde. Crédit :Philipp Borchard/TibaRay
Rapide, efficace et accessible
En plus de rendre la thérapie anticancéreuse plus précise, l'émission éclair de rayonnement semble également avoir d'autres avantages.
"Nous avons vu chez la souris que les cellules saines subissent moins de dommages lorsque nous appliquons la dose de rayonnement très rapidement, et pourtant l'effet tueur de tumeur est égal ou même un peu meilleur que celui d'une exposition plus longue conventionnelle, " dit Loo. " Si le résultat est valable pour les humains, ce serait un tout nouveau paradigme pour le domaine de la radiothérapie. »
Un autre objectif clé des projets est de rendre la radiothérapie plus accessible aux patients du monde entier.
Aujourd'hui, des millions de patients dans le monde ne reçoivent que des soins palliatifs parce qu'ils n'ont pas accès à une thérapie contre le cancer, dit Loo. "Nous espérons que notre travail contribuera à rendre le meilleur traitement possible accessible à plus de patients dans plus d'endroits."
C'est pourquoi l'équipe se concentre sur la conception de systèmes compacts, économe en énergie, économique, efficace à utiliser en milieu clinique, et compatible avec les infrastructures existantes dans le monde, Tantawi a déclaré :« La première conception d'accélérateur linéaire médical largement utilisée a été inventée et construite à Stanford dans les années qui ont précédé la construction du SLAC. La prochaine génération pourrait changer la donne, en médecine et dans d'autres domaines, tels que les accélérateurs pour lasers à rayons X, collisionneurs de particules et sécurité nationale.
Peter Maxim à Stanford (maintenant directeur de la physique en radio-oncologie à l'Université de l'Indiana) est un co-inventeur de PHASER et a apporté des contributions clés aux deux projets. Les autres membres de l'équipe de protonthérapie sont Reinhard Schulte de l'Université de Loma Linda et Matthew Murphy de Varian Medical Systems.
