Modélisation Monte Carlo en radiothérapie interne vectorisée de micrométastases

Monte Carlo modeling of targeted radionuclide therapy of micrometastases

• Auteur / Autrice : Mario Enrique Alcocer Avila
• Direction : Christophe Champion, Juan Manuel Monti
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Astrophysique, Plasmas, nucléaire
• Date : Soutenance le 12/03/2021
• Etablissement(s) : Bordeaux
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences physiques et de l’ingénieur (Talence, Gironde ; 1995-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre Lasers Intenses et Applications (Bordeaux ; 1999-....)
• Jury : Président / Présidente : Bernadette Farizon-Mazuy
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Christophe Champion, Juan Manuel Monti, Bernadette Farizon-Mazuy, Jean-Pierre Pouget, Jean-Emmanuel Groetz, Elif Hindie
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jean-Pierre Pouget, Jean-Emmanuel Groetz

Mots clés

Mots clés contrôlés

Médecine nucléaire

Rayonnements ionisants

Radiothérapie interne

Mots clés libres

Radiothérapie interne vectorisée

Rayonnements ionisants

Simulation Monte Carlo

Médecine nucléaire

Micrométastases

Dosimétrie des rayonnements ionisants

Targeted radionuclide therapy

Ionizing radiation

Monte Carlo simulation

Nuclear medicine

Micrometastases

Radiation dosimetry

Résumé

La radiothérapie interne vectorisée (RIV) est une technique pour traiter le cancer dans laquelle des isotopes radioactifs sont couplés à des molécules vectrices capables de cibler spécifiquement les cellules tumorales pour les irradier. Le but de cette thèse est de fournir une description précise des dépôts d'énergie induits dans la matière biologique par les radionucléides émetteurs d'électrons Auger et de particules alpha les plus prometteurs actuellement pour la RIV, au moyen de simulations Monte Carlo de structure de traces. Dans le cadre de cette thèse, le code TILDA-V a été étendu et amélioré pour inclure le ralentissement complet des particules alpha dans l'eau. Des études de transport et de dosimétrie des rayonnements ont été réalisées pour valider dans leur ensemble les capacités de la version la plus récente de TILDA-V à simuler les interactions des protons, des particules alpha et des électrons avec la matière biologique. Les prédictions du code ont été largement comparées aux résultats obtenus avec d'autres outils numériques et aux données expérimentales disponibles, avec des résultats très satisfaisants. L'effet sur les simulations de la description du milieu biologique (l’eau par opposition à l’ADN) a également été analysé de façon détaillée. De plus, les différents radionucléides d'intérêt ont été évalués en calculant la dose absorbée à des cellules tumorales isolées et à un petit amas cellulaire représentant une micrométastase.Les résultats du présent travail seront précieux pour la communauté de médecine nucléaire pour comprendre les mérites relatifs des différents radionucléides et guider le choix du radionucléide le plus adapté pour armer une molécule vectrice, en tenant compte du contexte clinique en oncologie.

Targeted radionuclide therapy (TRT) is a cancer treatment modality in which radioactive isotopes are coupled to tumor-specific carrier molecules for the selective irradiation of tumor cells. The aim of this thesis is to provide an accurate description of the pattern of energy deposit by some of the most promising Auger electron- and alpha particle-emitting radionuclides currently considered for TRT, by means of accurate Monte Carlo track structure (MCTS) simulations. As part of this doctoral work, the TILDA-V code was extended and improved to include the full slowing-down of alpha particles in water. Radiation transport and dosimetry studies were performed to validate as a whole the capabilities of the latest version of TILDA-V for simulating the interactions of protons, alpha particles and electrons with biological matter. The code was extensively benchmarked against other numerical tools and available experimental data with satisfactory results. The effect on the simulations of changing the description of the biological medium (water versus DNA) was analyzed in detail as well. Furthermore, the various radionuclides of interest were evaluated by computing the absorbed dose to isolated tumor cells and to a small cell cluster representing a micrometastasis.The results of the present work will be valuable to the community of nuclear medicine to understand the relative merits of various radionuclides and to guide the choice of the most adapted radionuclide to arm a targeting molecule, taking into account the clinical setting in oncology.