La physique des particules offre de nouvelles perspectives sur la protonthérapie FLASH – Physics World

<a href="https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/01/particle-physics-offers-new-views-on-flash-proton-therapy-physics-world-11.jpg" data-fancybox data-src="https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/01/particle-physics-offers-new-views-on-flash-proton-therapy-physics-world-11.jpg" data-caption="Vers le FLASH guidé par l’image Un scanner TEP développé par Karol Lang et ses collègues peut visualiser et mesurer les effets de la protonthérapie pendant la délivrance du faisceau. (Autorisation : Marek Proga, Université du Texas à Austin) »>

Les technologies révolutionnaires créées à l’origine pour les expériences les plus ambitieuses en physique des particules ont souvent déclenché des innovations en matière de traitement médical et de diagnostic. Les progrès des accélérateurs et de l’ingénierie des lignes de lumière ont contribué au développement de stratégies très efficaces pour traiter le cancer, tandis que les détecteurs conçus pour capturer les particules les plus insaisissables ont offert de nouvelles façons d’observer le fonctionnement interne du corps humain.

Dans le cadre d'un développement récent, une équipe de recherche basée aux États-Unis et dirigée par Karol Lang, physicien expérimental des particules à l'Université du Texas à Austin, a réussi pour la première fois à imagerie en temps réel des effets de la protonthérapie FLASH avant, pendant et après la livraison du faisceau. Ces traitements FLASH émergents administrent des doses ultra élevées sur des délais extrêmement courts, ce qui peut éradiquer efficacement les cellules cancéreuses tout en causant moins de dommages aux tissus sains. Les traitements FLASH nécessitent moins d’irradiations sur des cycles de traitement plus courts, ce qui permettrait à davantage de patients de bénéficier de la protonthérapie et réduirait considérablement le risque d’effets secondaires liés aux radiations.

L'équipe de recherche, qui implique également des physiciens médicaux du centre de protonthérapie MD Anderson à Houston, a produit les images à l'aide d'un scanner spécialement conçu pour la tomographie par émission de positons (TEP), une technique elle-même issue d'expériences pionnières au CERN dans les années 1970. . En utilisant cinq fantômes différents qui servent de substituts à un patient humain, l’équipe a exploité son instrument TEP personnalisé pour imager à la fois l’apparition rapide du faisceau de protons et ses effets jusqu’à 20 minutes après l’irradiation.

«L'irradiation par des protons produit dans le corps des isotopes à courte durée de vie qui, dans de nombreux cas, sont des émetteurs de positons», explique Lang. « Avec la protonthérapie FLASH, le faisceau génère une intensité de positrons plus élevée, ce qui augmente la force du signal. Même avec de petits réseaux de détecteurs TEP, nous avons pu produire des images et mesurer à la fois l’abondance des isotopes et leur évolution au fil du temps.

<a data-fancybox data-src="https://physicsworld.com/wp-content/uploads/2024/01/detector-web.jpg" data-caption="Petit mais puissant Les réseaux de détecteurs utilisés dans le scanner TEP sont relativement petits, mais l'intensité du faisceau FLASH permet de produire des images et de mesurer les abondances des isotopes. (Autorisation : Marek Proga, Université du Texas à Austin) » title = « Cliquez pour ouvrir l'image dans une fenêtre contextuelle » href = « https://physicsworld.com/wp-content/uploads/2024/01/detector-web.jpg » >

Les mesures enregistrées au cours de ces expériences de démonstration de principe suggèrent qu'un scanner TEP intégré pourrait fournir une imagerie et une dosimétrie en temps réel pour les traitements de protonthérapie. L’équipe a même pu déterminer l’intensité du faisceau de protons en détectant les gammas prompts – ainsi nommés parce qu’ils sont produits par la désintégration des noyaux sur des délais très courts – produits lors de l’extraction du faisceau de protons. Avec juste une légère modification de l'appareil, Lang pense que les gammas rapides pourraient être mesurés pour obtenir un instantané du faisceau de protons, le PET étant ensuite utilisé pour suivre l'évolution des isotopes après la délivrance du faisceau.

"Ces résultats montrent qu'il s'agirait simplement d'améliorer le dispositif expérimental pour que la technique fournisse des mesures utiles en milieu clinique", dit-il. "Bien sûr, nous savons que de nombreux tests précliniques seront encore nécessaires, mais à ce stade, il est clair qu'il n'y a pas d'obstacle à cette technique."

Lang et ses collègues décrivent leur approche et leurs résultats dans deux articles publiés dans Physique en médecine et biologie (PMB), dont l’accès est gratuit. Les chercheurs ont également bénéficié d’un modèle de publication émergent, appelé accord transformateur, qui leur a permis de publier les deux articles en libre accès sans avoir à payer les frais habituels de publication des articles.

Dans le cadre de ces accords dits transformateurs, dans ce cas entre IOP Publishing et le système de l'Université du Texas, les chercheurs de n'importe quelle institution du groupe universitaire peuvent à la fois accéder au contenu de la recherche et publier gratuitement leurs propres travaux. En effet, IOP Publishing – qui publie PMB pour le compte de l’Institut de Physique et d’Ingénierie en Médecine – désormais a mis en place des accords transformateurs avec plus de 900 institutions dans 33 pays différents, offrant un accès gratuit et des publications dans la plupart, sinon la totalité, de son portefeuille de revues scientifiques.

L'objectif de ces accords de lecture et de publication est d'accélérer la transition vers la publication en libre accès, car ils évitent aux chercheurs d'avoir à trouver leur propre financement pour les frais de publication. Pour Lang, toute mesure qui ouvre la science et permet à différentes communautés de collaborer contribuera à déclencher de nouvelles idées issues d’autres disciplines qui stimuleront l’innovation future. « Si je tombe sur un article intéressant auquel je n'ai pas accès, surtout s'il concerne un autre domaine, il me manque certaines informations qui pourraient m'aider dans mon travail », dit-il. « Une information ouverte et gratuite est essentielle pour que nous puissions progresser. »

Grâce à ses propres expériences en physique des particules, Lang a constaté les avantages qui peuvent découler d’une culture de recherche ouverte et collaborative. « En physique des particules, chacun partage ses meilleures réflexions et ses réalisations, et les gens veulent s'impliquer dans la recherche de différentes façons de développer et d'exploiter de nouvelles idées », dit-il. "Sans cet état d'esprit collaboratif, les avancées que nous avons constatées au CERN, au Laboratoire Fermi et ailleurs n'auraient tout simplement pas eu lieu."

<a data-fancybox data-src="https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/01/particle-physics-offers-new-views-on-flash-proton-therapy-physics-world-9.jpg" data-caption="Conception sur mesure Karol Lang (au centre) avec l'ingénieur Marek Proga (à gauche) et le chercheur postdoctoral John Cesar et le scanner TEP spécialement développé par l'équipe. La configuration du scanner permet des mesures dans le faisceau pendant que le patient est traité. (Autorisation : Michael Gajda, Université du Texas à Austin) » title = « Cliquez pour ouvrir l'image dans une fenêtre contextuelle » href = « https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/01/particle-physics-offers- nouveaux-points-de-vue-sur-flash-proton-therapy-physics-world-9.jpg”>

Cependant, il est clair que Lang est frustré par le fait que certaines personnes dans la communauté médicale semblent moins ouvertes aux nouvelles idées, en particulier de la part d'un physicien qui n'a aucune expérience clinique préalable. « Nous savons qu’un grand nombre des meilleures technologies en physique médicale et en imagerie nucléaire proviennent des progrès de la physique des particules et de la physique nucléaire, mais il est difficile d’introduire les dernières nouvelles idées en médecine », dit-il. « Je comprends maintenant mieux pourquoi – changer des procédures médicales éprouvées et des protocoles de traitement formels est bien plus compliqué que de simplement échanger un meilleur détecteur – mais je suis toujours déçu de voir à quel point il est difficile de pénétrer dans le secteur et de s'impliquer. dans la recherche collaborative.

Bien que Lang ait déjà tenté de construire des détecteurs médicaux, il reconnaît que lui et d’autres physiciens des particules peuvent se rendre coupables de naïveté, voire d’arrogance, lorsqu’il s’agit d’introduire de nouvelles technologies dans l’environnement hospitalier étroitement contrôlé. Cependant, pour ce nouveau travail, un groupe de physiciens médicaux lui a demandé de diriger un projet de recherche qui faisait appel à son expertise dans la construction de détecteurs de particules. «Je poursuis mes recherches en physique des neutrinos, mais je crois que ce que nous pouvons offrir est si unique et si intéressant que j'ai voulu m'impliquer», explique Lang. "Au fur et à mesure que j'en apprenais davantage, je suis devenu plus intrigué et je suis devenu vraiment accro à l'idée des traitements FLASH."

Bien que des travaux supplémentaires soient nécessaires pour optimiser la technique d'imagerie intra-faisceau pour une utilisation clinique, Lang estime qu'à court terme, elle pourrait offrir un outil de recherche précieux pour aider à comprendre l'effet FLASH. « Personne ne sait vraiment pourquoi FLASH fonctionne, ni quels paramètres de faisceau doivent être utilisés pour obtenir les meilleurs résultats », dit-il. "Cela me suggère profondément que nous ne comprenons pas pleinement comment les rayonnements interagissent avec les tissus sains ou cancéreux."

Avec ce nouvel instrument, affirme Lang, il serait possible d'explorer les mécanismes physiques en jeu lors d'un traitement FLASH. "Cette technique pourrait nous aider à comprendre comment le corps humain réagit après avoir été irradié par des explosions d'énergie aussi intenses", dit-il. "Cela offre un moyen d'explorer les effets de l'irradiation en fonction du temps, ce qui, me semble-t-il, n'a pas été fait systématiquement auparavant."

À plus long terme, cependant, l’objectif est de créer une modalité de traitement guidée par l’image qui mesurerait les effets de chaque irradiation pour informer et mettre à jour les traitements ultérieurs. De telles approches adaptatives ne sont pas pratiques avec les protocoles de traitement conventionnels, dans lesquels de plus petites doses sont administrées au cours d'environ 30 séances quotidiennes, mais pourraient être plus viables avec les traitements FLASH qui ne nécessitent que quelques doses pour fournir suffisamment d'énergie pour éradiquer le cancer.

"Vérifier les effets de chaque irradiation transformerait complètement la dynamique, la logistique et les résultats du traitement", explique Lang. "Combinés à une meilleure compréhension des interactions entre les protons énergétiques et le corps humain, de tels protocoles FLASH adaptatifs pourraient avoir un impact révolutionnaire sur les résultats pour les patients."

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• La source: https://physicsworld.com/a/particle-physics-offers-new-views-on-flash-proton-therapy/