La surveillance en temps réel de l'oxygénation des tissus cérébraux pourrait personnaliser la radiothérapie

Le flux sanguin et l'apport d'oxygène aux tumeurs changent au cours des premières semaines de radiothérapie. Les scientifiques pensent actuellement que la réoxygénation se produit en raison du rétrécissement de la tumeur, de la diminution de la consommation d'oxygène et de l'augmentation de la perfusion. Les cliniciens espèrent que ces changements et d'autres possibles pourraient être exploités pour améliorer la réponse d'un patient à la radiothérapie.

Dans une étape potentielle vers des traitements personnalisés contre le cancer, des chercheurs finlandais utilisent la spectroscopie fonctionnelle dans le proche infrarouge (fNIRS) pour mesurer la concentration d'hémoglobine en temps réel, un indicateur indirect de l'oxygénation des tissus, pendant la radiothérapie du cerveau entier.

Teemu Myllylä du Université d'Oulu dirige la recherche fNIRS en collaboration avec Juha Nikkinen, chef physicien du service de physique médicale clinique de radiothérapie à Hôpital universitaire d'Oulu. Le but de leurs études de recherche, dit Myllylä, est d'appliquer le fNIRS pour commencer à combler certaines des lacunes dans nos connaissances sur l'oxygénation et la réponse des tissus et des tumeurs pendant et après la radiothérapie.

La spectroscopie fonctionnelle dans le proche infrarouge est utilisée depuis plusieurs décennies pour étudier l'activité cérébrale en temps réel en réponse à différents stimuli et tâches cognitives. L'approche relativement peu coûteuse, portable et non invasive peut mesurer l'hémodynamique cérébrale jusqu'à 2 cm de profondeur dans le cerveau humain adulte. L'appareil fNIRS utilise la lumière infrarouge pour mesurer les changements en temps réel des concentrations régionales d'hémoglobine - un substitut des changements de volume sanguin et, par extension, de la façon dont l'oxygène parvient aux tissus - dans le cerveau.

Dans leur récente étude de preuve de concept, publiée dans le Journal de l'optique biomédicale, les chercheurs ont utilisé le fNIRS pour mesurer la concentration d'hémoglobine pendant la radiothérapie palliative du cerveau entier. L'équipe a observé une augmentation du débit sanguin pendant les traitements chez 10 patients subissant plusieurs irradiations du cerveau entier. Aucun effet n'a été observé avant l'irradiation ou après la fin de l'irradiation.

L'équipe a attaché des pointes de fibre optique pour le dispositif fNIRS à plusieurs longueurs d'onde perpendiculairement au cerveau et a confirmé qu'elles n'interféraient pas avec la configuration ou la délivrance du rayonnement. La dose de rayonnement a été administrée à l'aide d'une radiothérapie du cerveau entier à champ statique, qui comprenait deux champs opposés de 6 MV. La radiothérapie avec modulation d'intensité vers l'avant, qui ajoute des champs plus petits dans la même direction que les champs principaux, a été appliquée pour fournir une couverture de dose homogène de l'ensemble du cerveau.

Étant donné qu'un appareil NIRS ne mesure que la concentration relative d'hémoglobine dans le cerveau, différents patients ont des amplitudes de signal fNIRS différentes. Les chercheurs ont normalisé les amplitudes du signal en filtrant le signal fNIRS dans une bande de très basse fréquence, puis en soustrayant le signal au début de l'irradiation de l'ensemble des signaux correspondants. Ils ont utilisé des données sur l'état de repos de centaines d'individus en bonne santé comme données de contrôle.

Hypoxie tumorale suivie en temps réel pendant la radiothérapie

L'équipe collecte actuellement des données fNIRS auprès de participants atteints de tumeurs solides pour essayer de différencier les concentrations d'hémoglobine dans les tissus tumoraux et sains et pour étudier les réponses tumorales à l'irradiation. Ils étudient également pourquoi ils ont observé des différences d'oxygénation des tissus entre la première et la deuxième irradiation dans leur Journal de l'optique biomédicale étude. Les explications possibles incluent une dose absorbée plus faible lors de la deuxième irradiation, un collimateur à plusieurs feuilles ou d'autres effets de configuration de mesure, ou des réponses physiologiques.

"La technologie [fNIRS] est facile à mettre en œuvre en milieu clinique et ne perturbe ou ne ralentit pratiquement pas les procédures de radiothérapie normales effectuées sur les patients", déclare Myllylä. "Il existe un fort potentiel d'exploitation du fNIRS dans des situations cliniques, car il s'agit d'une technique sûre et peut être utilisée en combinaison avec pratiquement toutes les techniques cliniques de neuroimagerie et de thérapie actuellement utilisées."

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• La source: https://physicsworld.com/a/real-time-monitoring-of-brain-tissue-oxygenation-could-personalize-radiotherapy/