RADIOTHÉRAPIES INNOVANTES : ÉTUDES DOSIMETRIQUES

Innovative Radiotherapy: dosimetry studies

• Auteur / Autrice : Angela Corvino
• Direction : Yolanda Prezado
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Physique et chimie pour la santé
• Date : Inscription en doctorat le 30/09/2022
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Particules, Hadrons, Énergie et Noyau : Instrumentation, Imagerie, Cosmos et Simulat
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Signalisation, Radiobiologie et Cancer
• Partenaire(s) de recherche : Référent : Faculté des sciences d'Orsay

Mots clés

Mots clés libres

Thérapie par electrons haut energie

Radiothérapie

Protonthérapie

Radiothérapie par minifaisceaux

Simulations Monte Carlo

Modelisation

Modeling

Monte Carlo simulations

High energy electrons therapy

Protontherapy

Radiotherapy

Minibeam radiation therapy

Résumé

Le cancer est responsable d'un décès sur quatre en Europe. La radiothérapie a un rôle clé dans le traitement du cancer; environ la moitié de tous les patients atteints de cancer recevront une RT à un moment donné au cours de leur maladie. Aujourd'hui, les avancées technologiques dans la délivrance des rayonnements, y compris le guidage par image et la thérapie de particules (c'est-à-dire la thérapie par faisceaux de protons et d'ions), ont notamment amélioré la conformation de la dose à la tumeur, réduisant ainsi la dose aux organes à risque. Cependant, le traitement de certaines tumeurs radiorésistantes et cancers pédiatriques est toujours compromis par la tolérance aux radiations des tissus normaux. Nous cherchons un changement dans la pratique actuelle en exploitant la richesse des connaissances biologiques pour concevoir de nouvelles approches qui diminuent l'effet toxique des radiations sur les tissus normaux tout en maintenant, voire en améliorant, la probabilité de mort de tumeurs. La RT délivrée avec des sources externes a jusqu'à présent été limitée aux mêmes caractéristiques de faisceau: les mêmes schémas temporels, les faibles débits de dose, le type de particules de faisceau (les photons sont utilisés dans 90% des traitements) et les distributions spatiales (principalement de grands faisceaux de plusieurs centimètres carrés conduisant à des distributions de doses homogènes). Surtout, en exploitant le lien étroit entre la physique et la biologie en RT, nous proposons d'identifier des techniques permettant d'activer et / ou de moduler les effets biologiques en ajustant les paramètres physiques de l'irradiation. Des exemples de types de techniques que nous proposons d'étudier comprennent la radiothérapie à mini-faisceaux (MBRT), la thérapie FLASH et la thérapie avec des electrons à très haute énergie. Les thérapies MBRT et FLASH ont déjà montré une augmentation significative de l'indice thérapeutique des gliomes de haut grade. Cependant, les mécanismes biologiques sont encore mal connus. Les travaux de thèse seront encadrés dans la principale avenue de recherche de l'équipe «Nouvelles approches en radiothérapie (NARA)»: l'exploration de la vaste «terra incognita» des mécanismes par lesquels la réponse biologique aux rayonnements ionisants est modulée par les caractéristiques physiques du faisceau. L'étudiant réalisera des études dosimétriques de ces techniques innovantes pour mieux guider et concevoir les expériences précliniques. Il travaillera également sur la modélisation mathématique multi-échelle des processus biophysiques radio-induits.

Cancer is responsible for one out of four deaths in Europe. Radiotherapy has a key role in cancer treatment; roughly half of all cancer patients will receive RT at some point during their illness. Today, technological advances in radiation delivery, including image guidance and particle-beam therapy (i.e. proton- and ion-beam therapy), have notably improved the conformation of the dose to the tumour, thereby reducing dose to organs-at-risk. However, the treatment of some radioresistant tumours and paediatric cancers, is still compromised by the radiation tolerance of normal tissue. We seek to drive a change in current practice by exploiting the wealth of biological knowledge to devise new approaches that decrease the toxic effect of radiation on normal tissue while maintaining, or even enhancing, the tumour-kill probability. RT delivered with external sources has to date been restricted to the same few beam characteristics: the same few temporal schemes, low dose rates, beam-particle type (photons are used in 90% of treatments) and spatial distributions (predominantly large beams of several square centimetres leading to homogenous dose distributions). Crucially, by exploiting the close bond between physics and biology in RT we propose to identify techniques by which to activate and/or modulate the biological effects by tuning the physical parameters of irradiation. Examples of the types of technique we propose to investigate include minibeam radiation therapy, FLASH therapy and very high energy electron therapy. MBRT and FLASH therapy have already shown a significant increase of the therapeutic index for high-grade gliomas. The biological mechanisms are still not-well known, though. The PhD work will be framed in the main research avenue of the “New Approaches in Radiotherapy (NARA)” team: the exploration of the vast “terra incognita” of the mechanisms by which the biological response to ionizing radiation is modulated by the physical characteristics of the beam. The student will carry out dosimetry studies of those innovative techniques to better guide and design the preclinical experiments. He will also work on the multiscale mathematical modelling of radiation-induced biological processes.