Cancer : la physique des particules se donne pour mission de traiter les tumeurs profondes

Située à proximité de Genève, en Suisse, l’Organisation européenne pour la recherche nucléaire (CERN) est réputée pour avoir découvert certains des éléments qui constituent notre univers. Ce n’est pourtant pas là sa seule activité, puisque ses scientifiques étudient également de nouveaux traitements contre le cancer. Alors que les radiothérapies actuelles utilisent des faisceaux de protons, des particules chargées appelées ions, ou encore des photons de lumière pour tuer les cellules cancéreuses, d’autres particules sembleraient plus efficaces pour cibler les tumeurs qui affectent les organes profonds : les électrons.

Dans une étude publiée en 2021, une équipe de physiciens a démontré que des faisceaux d’électrons de très haute énergie (VHEE – very high-energy electron) pouvaient pénétrer l’organisme dix fois plus profondément que les traitements actuels, et ainsi atteindre des tumeurs qui sont d’habitude difficiles d'accès. Cette méthode est tellement précise que les médecins pourraient être capables de cibler des cancers localisés près d’organes vitaux sans endommager les tissus environnants.

Les chercheurs du laboratoire CLEAR (CERN Linear Electron Accelerator for Research), qui abrite un accélérateur de particules d’une longueur de 40 mètres de long, ont découvert que lorsque des faisceaux d’électrons de haute énergie étaient concentrés à l’aide de lentilles magnétiques, ils pouvaient pénétrer en profondeur, et sans diffusion, un fantôme d’eau (grand récipient rempli d’eau utilisé dans les études sur le rayonnement comme substitut au corps humain, composé majoritairement d’eau). Cette expérience pourrait, à terme, mener à la création d’accélérateurs linéaires plus petits à destination des centres médicaux.

Ces conclusions constituent « un pas en avant de géant vers une idée très simple », selon Dino Jaroszynski, physicien à l’Université de Strathclyde et coauteur de l’étude. « Le principal avantage de cette méthode est que l’on peut concentrer une dose de rayons dans une très petite région du corps. Aucun traitement n’en est aujourd’hui capable. »

La prochaine étape cruciale pour CLEAR, qui ne mène pas d’essais cliniques, sera d’adapter la méthode pour les hôpitaux afin que le traitement puisse être étudié sur des patients. Grâce à un programme de plusieurs millions de dollars, le Centre hospitalier universitaire vaudois (CHUV), situé à environ 65 km du CERN, devrait commencer les essais cliniques en 2025. Le CERN et le CHUV ont récemment annoncé leur partenariat avec la société THERYQ qui, pour effectuer ces essais, fabriquera des accélérateurs linéaires d’une taille à peu près similaire à celle d’un appareil IRM.

(À lire : Nos corps sont uniques. Nos cancers le sont aussi.)

Le principe est d’envoyer des faisceaux d’électrons de très haute énergie en une fraction de seconde vers des tumeurs profondes à l’aide d’une technique appelée FLASH, élaborée en 2014. « Il est possible de compresser toutes les doses nécessaires en une seule dose et de l’administrer en moins d’une seconde, tout en conservant les mêmes effets sur la tumeur », explique Roberto Corsini, scientifique principal au CERN.

L’utilisation d’électrons à très haute vitesse pourrait constituer une « révolution thérapeutique » dans le traitement contre le cancer. On pourrait remplacer une radiothérapie, normalement effectuée sur plusieurs séances, par une exposition aux radiations unique et brève, explique Corsini. Cette méthode pourrait également cibler « les tumeurs que l’on ne peut actuellement traiter par radiothérapie, car elles se situent à proximité d’organes sensibles, ou car elles sont radiorésistantes — ce qui nécessite, dans ce cas, d’augmenter la dose de rayonnement à un niveau qui pourrait être néfaste pour les autres tissus. »

LA RECHERCHE SUR LE CANCER DANS UN LABORATOIRE DE PHYSIQUE

Le système d’aération et les pompes à eau résonnent dans le laboratoire CLEAR, un espace clos où se déploie l’accélérateur linéaire soutenu par de solides pieds en métal peints en jaune. Les recherches au CLEAR ont débuté en 2017 et, aujourd’hui, près d’un quart d’entre elles ont un rôle précis à jouer : essayer d’adapter l’utilisation des faisceaux d’électrons pour le monde hospitalier. Actuellement, on utilise les faisceaux d’électrons à basse énergie pour tuer les cellules cancéreuses situées sur des zones exposées ou dans des tissus endommagés proches de la peau. Les faisceaux, dont les électrons seraient 5 à 20 fois plus chargés, pourraient atteindre des tumeurs situées jusqu’à 20 cm en profondeur.

Le cancer est responsable d’environ 10 millions de décès par an. En 2018, 382 000 cas ont été diagnostiqués en France. D’ici la fin de l’année 2022, aux États-Unis, près de 2 millions de personnes devraient avoir été diagnostiquées porteuses d’un cancer, et seule la moitié d’entre elles devraient bénéficier d’une radiothérapie. Un tiers des cancers résiste à la radiothérapie conventionnelle ainsi qu’à la chimiothérapie, deux techniques qui ne sont pas capables de ne cibler que les cellules cancéreuses.

Les traitements par les particules actuels prennent différentes formes en fonction de la nature des cellules cancéreuses. La protonthérapie, par exemple, est un traitement de précision utilisé pour cibler les cancers dans des zones du corps dans lesquels l’endommagement de tissus sains pourrait sérieusement porter atteinte au patient, comme dans le cerveau ou le cou. L’hadronthérapie consiste de son côté à envoyer des doses élevées de faisceaux de particules chargées sur des tumeurs qui résistent aux traitements, comme c’est le cas lors de cancers de la gorge, du pancréas ou du foie. La radiothérapie, quant à elle, repose sur des photons ou rayons X pour tuer les cellules cancéreuses, mais est connue pour risquer d’endommager d’autres parties du corps.

Certaines études ont exploré la possibilité de traiter les tumeurs profondes en combinant la méthode FLASH et la protonthérapie : pour ce faire, les accélérateurs de particules devraient « être bien plus compacts et moins coûteux », explique Jean Bourhis, oncologue au CHUV qui mène l’essai clinique sur les humains.

Selon Jaroszynski, il reste beaucoup à faire malgré les avancées prometteuses des chercheurs. L’élaboration d’un nouveau type de radiothérapie « requiert des années et des années d’essais pour prouver non seulement qu’elle fonctionne, mais aussi qu’elle n’a pas d’effets secondaires délétères ». Nombre des questions que se posent les chercheurs au sujet des traitements par faisceaux d’électrons à haute énergie (telles que celles de l’angle du faisceau ou la dose de radiation) demeurent « sans réponse ». Quand nous aurons effectué davantage d’analyses, « nous pourrons optimiser les paramètres du faisceau afin de cibler la tumeur avec précision, et ainsi maximiser les effets de la radiation ».

Les scientifiques restent optimistes et espèrent écrire une nouvelle page de l’histoire de la lutte contre le cancer. Pour les chercheurs du CERN, à l’origine de la découverte de la célèbre particule baptisée « boson de Higgs » qui interagit avec d’autres particules pour créer de la masse, la physique est en train de prendre un tournant inédit et intéressant.

« Le boson de Higgs est une chose », explique Mike Lamont, directeur des accélérateurs et de la technologie au CERN. « Les êtres humains en sont une autre. Et nous sommes très heureux d’être au cœur de tout ce processus. »