La technologie laser ultrarapide continue de surprendre. Si les recherches dans ce domaine peuvent paraître plutôt abstraites à première vue, elles débouchent très souvent sur des applications concrètes. Cela est particulièrement vrai dans le domaine des soins de santé, où la technologie peut être utilisée pour traiter certains cancers.
Cette application a été découverte par l'équipe de recherche du Laboratoire de sources de lumière laser avancées (ALLS) de l'Institut national de recherche scientifique (INRS), à la suite de travaux récents dirigés par le professeur et directeur du Centre de recherche en Énergie Matériaux Télécommunications (Centre EMT), François Légaré.
Ce travail est le fruit d'une collaboration avec des physiciens médicaux du Centre universitaire de santé McGill (CUSM). L'étude de l'équipe, publiée dans la revue Laser &Photonics Reviews , présente des résultats qui remettent en question certaines connaissances sur les impulsions laser de haute puissance, connaissances devenues courantes dans la communauté scientifique.
"Pour la première fois, nous avons montré que, dans certaines conditions, un faisceau laser étroitement focalisé dans l'air ambiant peut accélérer des électrons atteignant des énergies de l'ordre du MeV (mégaélectronvolt), du même ordre de grandeur que certains irradiateurs utilisés en radiothérapie pour le cancer", " déclare François Légaré, directeur du Centre EMT à l'INRS.
Il était bien établi que la focalisation d’une impulsion laser d’intensité suffisamment élevée dans l’air ambiant générerait un plasma au point focal. Ce plasma agit comme une source d'électrons qui peuvent être accélérés jusqu'à des énergies allant jusqu'à quelques keV (kiloélectronvolts) au maximum. Jusqu'à récemment, il n'était pas possible d'atteindre des énergies plus élevées dans l'air ambiant, en raison d'une limitation physique.
L'équipe de recherche a pu démontrer que les électrons accélérés dans l'air ambiant peuvent atteindre des énergies de l'ordre du MeV (mégaélectronvolt), soit environ 1 000 fois supérieures à cette limite auparavant insurmontable.
Un meilleur traitement contre le cancer
La percée de l'équipe du Centre EMT de l'INRS ouvre la porte à des avancées majeures en physique médicale. Un bon exemple est la radiothérapie FLASH, une nouvelle approche pour traiter les tumeurs résistantes à la radiothérapie conventionnelle.
Il s’agit d’une technique qui peut être utilisée pour délivrer de fortes doses de rayonnement en un temps extrêmement court (des microsecondes plutôt que des minutes). Cela protège mieux les tissus sains autour de la tumeur. Cet effet FLASH est encore mal compris dans la recherche mais semble impliquer une désoxygénation rapide des tissus sains, réduisant leur sensibilité aux radiations.
"Aucune étude n'a pu expliquer la nature de l'effet FLASH. Cependant, les sources d'électrons utilisées en radiothérapie FLASH ont des caractéristiques similaires à celle que nous avons produite en focalisant fortement notre laser dans l'air ambiant. Une fois la source de rayonnement mieux contrôlée, la recherche nous permettra d'étudier les causes de l'effet FLASH et, à terme, d'offrir de meilleurs traitements de radiothérapie aux patients atteints de cancer", explique Simon Vallières, chercheur postdoctoral et premier auteur de l'étude.
Cette découverte a des implications concrètes. Premièrement, cela nécessite une prudence particulière lors de la manipulation de faisceaux laser étroitement focalisés dans l'air ambiant.
"Les énergies des électrons observées (MeV) leur permettent de voyager à plus de trois mètres dans l'air, ou plusieurs millimètres sous la peau. Cela présente un risque d'exposition aux rayonnements pour les utilisateurs de la source laser", explique Simon Vallières.
De plus, en prenant des mesures à proximité de la source, l'équipe a observé un débit de dose de rayonnement élevé d'électrons, trois à quatre fois supérieur à celui utilisé en radiothérapie conventionnelle.
"Découvrir ce risque radiologique est une opportunité de mettre en place des pratiques plus sûres dans les laboratoires", estime Simon Vallières. Le jeune chercheur note que la manipulation de faisceaux laser hautement focalisés dans l'air ambiant doit être effectuée avec précaution et que les scientifiques doivent éviter l'exposition à des doses élevées de rayonnement, car elles sont nocives pour la santé.
Plus d'informations : Simon Vallières et al, Faisceau d'électrons MeV à débit de dose élevé provenant d'un laser IR femtoseconde étroitement focalisé dans l'air ambiant, Laser &Photonics Reviews (2023). DOI : 10.1002/lpor.202300078
Fourni par l'Institut national de la recherche scientifique
