Efficacité biologique relative (EBR) des faisceaux de protons utilisés en radiothérapie

Relative biological effectiveness (RBE) of proton beams in radiotherapy

• Auteur / Autrice : Valentin Calugaru
• Direction : Vincent Favaudon, Frédérique Megnin-Chanet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Radiobiologie
• Date : Soutenance le 24/10/2011
• Etablissement(s) : Paris 11
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Cancérologie : Biologie, Médecine, Santé (2000-2015 ; Le Kremlin-Bicêtre, Val-de-Marne)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Génotoxicologie, signalisation et radiothérapie expérimentale - Génotoxicologie, signalisation et radiothérapie expérimentale
• Jury : Président / Présidente : Eric Deutsch
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Vincent Favaudon, Frédérique Megnin-Chanet, Eric Deutsch, Pierre Bischoff, Jacques Balosso, Alain Fourquet, Georges Noel
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Pierre Bischoff, Jacques Balosso

Mots clés

Mots clés contrôlés

Efficacité biologique relative

ADN -- Réparation

ADN -- Altération

Protons

Mots clés libres

Protons

Efficacité biologique relative (EBR).

Cassures simple-brin et double-brin

D-NHEJ

Lésions complexes (LMDS).

Fluence.

Protons

Relative Biological Effectiveness (RBE).

DNA single-strand and double-strand breaks

D-NHEJ

Complex lesions (LMDS).

Fluence.

Résumé

L'Efficacité Biologique Relative (EBR) des faisceaux de protons énergétiques (70-250 MeV) utilisés dans les différents centres de protonthérapie est classiquement estimée à 1,10 par rapport aux photons du Cobalt-60. Bien qu'en accord avec la mesure de la régénération des cryptes intestinales chez la souris après exposition à une dose unique de 10 à 15 Gy, cette valeur moyenne a été contestée par la microdosimétrie. Ces incertitudes nous ont conduits à analyser l'effet des protons mis en œuvre dans les deux faisceaux médicaux (76 et 201 MeV) du Centre de Protonthérapie de l’Institut Curie à Orsay (ICPO) sur deux lignées cellulaires humaines tumorales, et en partie sur une lignée fibroblastique. Les résultats font apparaître une différence de la valeur de l'EBR pour la survie au rayonnement dans la partie distale du SOBP (Spread-Out Bragg Peak) en fonction de l'énergie incidente, ainsi qu'une absence de corrélation entre la réponse en survie et l'incidence des cassures double-brin de l'ADN dans le faisceau de 76 MeV. Nous montrons cependant, grâce à l'utilisation de lignées défectives dans les voies de signalisation et de réparation des cassures double-brin de l'ADN par le D-NHEJ, que ces voies déterminent la valeur de l'EBR dans la partie distale du SOBP de 76 MeV. La réponse aux dommages de l'ADN dans cette région suggère que les dommages létaux appartiennent à la classe des “lésions complexes” (LMDS) de l'ADN. D'autre part, il apparaît que la fluence des particules constitue un paramètre majeur qui doit être pris en compte dans la partie distale des faisceaux.

Treatment planning in proton therapy uses a generic value for the Relative Biological Efficiency (RBE) of 1.1 relative to 60Co gamma-rays throughout the Spread Out Bragg Peak (SOBP). We have studied the variation of the RBE at three positions in the SOBP of the 76 and 201 MeV proton beams used for cancer treatment at the Institut Curie Proton Therapy in Orsay (ICPO) in two human tumor cell lines using clonogenic cell death and the incidence of DNA double-strand breaks (DSB) as measured by pulse-field gel electrophoresis without and with endonuclease treatment to reveal clustered lesions as endpoints.The RBE for induced cell killing by the 76 MeV beam increased with depth in the SOBP. However for the 201 MeV protons it was close to that for 137Cs gamma-rays and did not vary significantly. The incidence of DSBs and clustered lesions was higher for protons than for 137Cs g-rays, but did not depend on the proton energy or the position in the SOBP.In the second part of our work, we have shown using cell clones made deficient for known repair genes by stable or transient shRNA transfection, that the D-NHEJ pathway determine the response to protons. The response of DNA damages created in the distal part of the 76 MeV SOBP suggests that those damages belong to the class of DNA "complex lesions" (LMDS). It also appears that the particle fluence is a major determinant of the outcome of treatment in the distal part of the SOBP.