Développement des électrons de très haute énergie (VHEE) pour la radiothérapie FLASH

Development of Very High Energy Electrons (VHEE) for FLASH radiation therapy

• Auteur / Autrice : Zoé Edon
• Direction : Ludovic De marzi
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Physique et imagerie médicale
• Date : Inscription en doctorat le 01/10/2024
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Electrical, optical, bio-physics and engineering
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'Imagerie Translationnelle en Oncologie
• Partenaire(s) de recherche : Référent : Faculté des sciences d'Orsay

Mots clés

Mots clés libres

Radiothérapie FLASH

Électrons de très haute énergie

Physique médicale

Very high energy electrons

Medical physics

FLASH radiation therapy

Résumé

La radiothérapie est à l'heure actuelle l'une des principales techniques utilisées pour le traitement du cancer. Plus de 50% des patients traités pour un cancer – environ 180.000 par an en France – en bénéficient. Durant les trente dernières années, de nombreuses avancées techniques ont permis d'améliorer considérablement la conformation des radiations aux caractéristiques spécifiques de chaque tumeur et de diminuer leurs effets secondaires. Néanmoins, la tolérance des tissus sains reste la principale limitation de ce type de traitement, en particulier dans le cas de patients particulièrement sensibles, comme les enfants, pour qui le contrôle des effets secondaires de la radiothérapie demeure un enjeu thérapeutique majeur. La mise en place d'approches innovantes réduisant la sensibilité des tissus sains à l'irradiation tout en maintenant l'efficacité du traitement sur la tumeur est donc d'une importance cruciale pour les progrès de l'efficacité de la radiothérapie. Ainsi, une augmentation de la dose de rayonnement délivrée à la tumeur dans les cas de tumeurs fortement résistantes ouvrirait la porte à une réduction du nombre de séances de traitement, permettant l'augmentation du taux de guérison et améliorant le confort du patient. Récemment, des travaux innovants menés à l'Institut Curie ont mis en évidence que l'irradiation à ultra haut débit de dose (dite FLASH) avait un effet majeur d'épargne des tissus sains – tout en préservant l'efficacité anti-tumorale (Favaudon et al 2014). La radiothérapie VHEE (very-high energy electrons, dans la gamme d'énergie de 100 à 250 MeV, Des Rosiers et al ), utilisant un nouveau type de rayonnements et proposée pour la première fois dans les années 2000, serait particulièrement précise et indépendante des hétérogénéités tissulaires, et pourrait être applicable dans un grand nombre de localisations anatomiques en profondeur comme par exemple les régions pulmonaires, du crâne ou intestinales ou pelviennes. Elle est également potentiellement beaucoup moins coûteuse que d'autres techniques de radiothérapie (par exemple les protons), et permettrait une réalisation accélérée du traitement, par le biais d'un balayage électromagnétique des faisceaux de particules, avec de fortes doses par fraction, améliorant de fait son efficacité. Il est également possible de tirer parti des travaux récents sur le FLASH - pour lesquels une dose élevée est administrée aux tissus en un temps extrêmement court - permettant la réduction simultanée de l'occurrence et de la gravité des complications précoces et tardives affectant les tissus normaux, tout en maintenant un contrôle de la tumeur. Plusieurs équipes dans le monde s'intéressent à cette technique du point de vue dosimétrique ou au moyen de simulations en attendant la réalisation d'une première machine à vocation clinique. Dans ce contexte, nous recherchons un candidat pour étudier l'optimisation des faisceaux de traitement pour la radiothérapie par VHEE, et leur application à la technique FLASH, nouveau paradigme potentiel en radiothérapie.

Radiotherapy is currently one of the main techniques used to treat cancer. More than 50% of patients treated for cancer - around 180,000 a year in France - benefit from it. Over the last thirty years, numerous technical advances have made it possible to considerably improve the conformation of radiation to the specific characteristics of each tumour and to reduce its side effects. Nevertheless, tolerance of healthy tissue remains the main limitation of this type of treatment, particularly in the case of particularly sensitive patients such as children, for whom controlling the side-effects of radiotherapy remains a major therapeutic challenge. The development of innovative approaches that reduce the sensitivity of healthy tissues to irradiation while maintaining the effectiveness of the treatment on the tumour is therefore of crucial importance in improving the effectiveness of radiotherapy. An increase in the dose of radiation delivered to the tumour in the case of highly resistant tumours would open the door to a reduction in the number of treatment sessions, thereby increasing the cure rate and improving patient comfort. Recently, innovative work carried out at the Institut Curie has shown that ultra high dose rate irradiation (known as FLASH) has a major effect on sparing healthy tissue - while preserving anti-tumour efficacy (Favaudon et al). VHEE radiotherapy (very-high energy electrons, in the 100 to 250 MeV energy range, Des Rosiers et al ), which uses a new type of radiation and was first proposed in the 2000s, would be particularly precise and independent of tissue heterogeneity, and could be applicable in a large number of deep anatomical locations such as the lungs, skull, intestines or pelvis. It is also potentially much less expensive than other radiotherapy techniques (e.g. protons), and would enable treatment to be carried out more quickly, by means of electromagnetic scanning of the particle beams, with high doses per fraction, thereby improving its effectiveness. It is also possible to take advantage of recent work on FLASH - in which a high dose is administered to the tissues in an extremely short time - enabling the simultaneous reduction in the occurrence and severity of early and late complications affecting normal tissues, while maintaining control of the tumour. Several teams around the world are looking at this technique from a dosimetric point of view or by means of simulations, while awaiting the production of a first machine for clinical use. In this context, we are looking for a candidate to study the optimisation of treatment beams for VHEE radiotherapy, and their application to the VHEE technique.