Est-il vrai qu'avec les faisceaux de particules utilisés aujourd'hui contre le cancer, il sera également possible de guérir le cœur ?

En principe, parmi les indications de l'hadronthérapie, notamment avec les faisceaux d'ions carbone à haute énergie utilisés par exemple au CNAO, elle peut inclure des néoplasies à la charge du muscle cardiaque ou même des applications oncologiques supplémentaires, comme l'élimination des arythmies cardiaques.

Cependant, comme le montrent des études récentes menées sur un porc au centre de recherche nucléaire GSI de Darmstadt en Allemagne, d'un point de vue technologique, le plus grand obstacle aux traitements cardiaques ou para-cardiaques est représenté par la nécessité de gérer correctement tant le mouvement d'organe lié à la respiration du patient (aujourd'hui en soi réalisable en sécurité et déjà en usage clinique également au CNAO dans les traitements abdominaux), que celui relatif au rythme cardiaque, sur lequel, au contraire, il y a encore beaucoup à faire.

Au CNAO, par exemple, nous avons traité avec des ions carbone certains cas de tumeur radiorésistante à la radiothérapie conventionnelle (photons) et au cœur, mais après vérification radiologique du fait que le rythme cardiaque n'affecte pas significativement la localisation du volume tumoral et les caractéristiques de la zone adjacente, traversée par des faisceaux d'irradiation.

En résumé, par conséquent, les néoplasies et certains types de dysfonctionnements cardiaques extra-oncologiques pourraient à l'avenir bénéficier de traitements non invasifs avec des faisceaux de particules lourdes et chargées de haute énergie, mais la complexité de la gestion du rythme cardiaque en fait une méthode qui n'est pas encore mûre pour usage clinique, sauf dans des cas très spécifiques et favorables.

En plus des protons et des ions carbone, d'autres particules et autres matériaux seront-ils utilisés à l'avenir ?

La radiothérapie avec des particules chargées lourdes est désormais une option mondiale établie pour le traitement de types spécifiques de néoplasies, en particulier celles résistantes aux traitements conventionnels (c'est-à-dire avec des photons) et aux tumeurs pédiatriques solides. À l'heure actuelle, les protons et les ions carbone de haute énergie constituent les particules utilisées dans la thérapie hadronique moderne.

En revanche, la mise en service de centres de type hospitalier (type HIT, CNAO, MedAustron) équipés de synchrotrons avec des systèmes de distribution de dose active et capable d'accélérer des ions de différents types, des protons à l'oxygène, rouvre des perspectives thérapeutiques intéressantes. En particulier, l'utilisation clinique de faisceaux d'ions d'hélium rapides, dont les expériences pionnières remontent aux années 1980 aux États-Unis (Lawrence Berkeley Laboratory), semble particulièrement favorable et mérite d'être étudiée, notamment dans des situations critiques telles que les tumeurs pédiatriques (Kramer M et al, Medical Physics, vol. 43, 2016).

En fait, les ions d'hélium pourront combler le fossé entre les protons et les ions carbone, à la fois physiquement et radiobiologiquement, grâce à leurs propriétés intermédiaires. En termes d'interaction avec les tissus, l'hélium souffre moins que le carbone du phénomène de fragmentation nucléaire de fin de gamme, ainsi que des processus de diffusion typiques, au contraire, des faisceaux de protons.

En outre, leur efficacité biologique relative, c'est-à-dire la capacité d'induire des dommages aux tissus biologiques (en particulier à l'ADN des cellules cancéreuses) est précisément intermédiaire entre celle des deux autres particules jusqu'à présent largement utilisées en milieu clinique. Des expériences in vitro (c'est-à-dire de culture cellulaire) avec des ions d'hélium de haute énergie, en cours au centre de Heidelberg (HIT), donnent des résultats encourageants ; une fois les autorisations ministérielles nécessaires obtenues, le CNAO devrait s'engager dans les prochaines années sur la voie de l'expérimentation, d'abord physique et radiobiologique, puis clinique, de cette espèce ionique.

À quelle vitesse les particules vont-elles dans l'accélérateur ? Comment pouvez-vous les guider précisément contre le cancer ?

Les protons et les ions carbone arrivent à des vitesses très élevées, proches de la vitesse de la lumière (230 000 km par seconde pour l'énergie maximale pouvant être atteinte).

Les dimensions du faisceau sont ajustées grâce à des aimants appelés quadripôles.

De cette façon, les physiciens de l'accélérateur parviennent à garantir un contrôle de la taille du faisceau lors du traitement de la tumeur. Au lieu de cela, des dipôles et des correcteurs sont utilisés pour diriger les particules au bon endroit. Des correcteurs appelés « aimants spéciaux » communiquent directement avec le Dose Delivery (le système de balayage actif du CNAO).

Les aimants spéciaux sont installés à une courte distance du patient et sont capables de brosser les tranches tumorales très rapidement : de cette façon, un contrôle optimal de la libération de dose dans chaque tranche de la tumeur est obtenu.