La lutte de haute précision contre le cancer a 20 ans
Villigen, 25.11.2016 - Le 25 novembre 1996, en première mondiale, un patient cancéreux était traité à l’Institut Paul Scherrer PSI au moyen d’un nouveau procédé d’irradiation: la technique dite Spot Scan pour faisceaux de protons. Son principe: un mince faisceau de protons qui balaye précisément les tumeurs à l’intérieur de l’organisme et les élimine. Sa particularité: le faisceau agit uniquement en profondeur, là où se trouve la tumeur; le tissu sain qui se trouve devant et derrière la tumeur, lui, est épargné. A l’époque, cette méthode développée par des chercheurs du PSI représentait une percée dans le domaine de la radiothérapie et, en tant que produit, elle n’a pas tardé à remporter un grand succès: aujourd’hui, la technique Spot Scan est le procédé standard en protonthérapie, elle est utilisée dans le monde entier dans des dizaines de centres spécialisés. Au Centre de protonthérapie du PSI, elle a déjà servi à traiter de manière routinière plus de 1200 patients atteints d’un cancer.
Il y a 20 ans, le 25 novembre 1996, la technique Spot Scan, alors toute nouvelle dans le domaine de la protonthérapie, était utilisée en première mondiale sur un patient à l’Institut Paul Scherrer PSI. Alors qu’à l’extérieur, les températures étaient hivernales, un homme de 62 ans venu du canton de Lucerne était allongé à l’intérieur de l’unité de traitement Gantry 1. Il était le premier patient au monde à recevoir une irradiation avec des protons utilisant la technique Spot Scan. La nouvelle méthode n’a pas permis guérir son mélanome malin qui était métastatique. Mais la croissance des métastases que le cancer avait formées dans son cerveau a pu être stoppée. Ce qui a permis au patient de jouir encore d’une bonne qualité de vie durant plusieurs années.
La technique Spot Scan avait été développée par des chercheurs du PSI et c’est ainsi que s’est déroulé le traitement du premier patient dans l’installation de protonthérapie propre à l’institut. Le Centre de protonthérapie (CPT) du PSI est à ce jour le seul site de Suisse où les patients atteints de certaines maladies cancéreuses particulières peuvent être traités au moyen de faisceaux de protons.
Le principe de la protonthérapie est le suivant: un faisceau de protons – c’est-à-dire un faisceau compact de protons rapides – élimine les cellules tumorales en détruisant leur matériel génétique (ADN). Par rapport à la radiothérapie classique, la protonthérapie présente un avantage décisif: il est possible de déterminer précisément l’endroit dans le tissu où les protons devront déployer leur effet destructeur. Avec ces particules, il est donc beaucoup plus facile de détruire les cellules tumorales tout en ménageant les tissus sains environnant la tumeur.
Sur le principe, l’utilisation de la protonthérapie pour le traitement de patients cancéreux a bien plus de 20 ans. En 1984, on traitait déjà des tumeurs oculaires avec des protons au PSI. Le développement de la technique Spot Scan a permis ensuite d’utiliser des protons pour traiter de manière encore plus efficace des tumeurs situées dans les zones profondes de l’organisme. Depuis 1996, le nombre de centres de traitement dans le monde (dix à l’époque) a été multiplié par six, et cette tendance est à la hausse.
«Le traitement du premier patient au PSI avec la technique Spot Scan il y a 20 ans constituait un jalon majeur dans l’histoire de la protonthérapie, se réjouit Damien Charles Weber, médecin-chef et directeur du Centre de protonthérapie (CPT) au PSI à l’occasion de cet anniversaire. Tout le travail de développement nécessaire à l’avènement de cette technique et de l’installation de traitement s’est fait ici, au PSI, jusqu’à la première utilisation pratique. C’est uniquement grâce aux connaissances spécialisées des collaborateurs en radiophysique et à l’infrastructure du PSI pour faisceaux de protons que tout cela a été possible.»
Précision suisse pour le traitement du cancer
Pour commencer, il fallait un accélérateur qui fournisse les protons. En 1996, c’était le grand cyclotron qui s’en chargeait. Cet accélérateur circulaire était utilisé à l’époque et est toujours utilisé aujourd’hui pour la recherche au PSI. Depuis plus de dix ans, le CPT a toutefois son propre appareil. Ce cyclotron médical accélère les protons à environ un tiers de la vitesse de la lumière, avant que ces derniers ne filent dans un appareil d’irradiation rotatif, la Gantry.
«Lorsqu’on découvre une Gantry pour la première fois, on reste d’abord sans voix face aux dimensions de l’engin, relève Damien Charles Weber. Même si elle a la taille d’un camion, notre première Gantry est considérée comme la Gantry la plus compacte au monde et aujourd’hui encore, elle est absolument fiable. Elle travaille avec la précision d’une montre suisse.» La Gantry 1 – tel est le nom de ce colosse d’acier – a été intégralement conçue au PSI et construite avec l’aide de PME suisses. Notamment Schär Engineering AG, qui à l’époque était une petite entreprise dans le canton de Zurich et qui est aujourd’hui spécialisée dans les systèmes destinés à la protonthérapie. «La Gantry 1 est un bon exemple de la manière dont les besoins techniques de haut niveau du PSI mettent les milieux économiques suisses au défi et les font avancer», estime encore Damien Charles Weber.
Avantages particuliers pour les enfants
A ce jour, plus de 1100 patients ont été traités à la Gantry 1. Une deuxième Gantry existe par ailleurs au CPT depuis 2013 et une troisième est en construction.
Damien Charles Weber et son équipe traitent le plus souvent des patients atteints de tumeurs cérébrales ou de cancers du nez, de la gorge, de la bouche et des oreilles (cancers ORL). Un groupe de patients lui tient particulièrement à cœur: «Parmi les 1200 patients atteints d’un cancer que nous avons déjà traités avec la technique Spot Scan, il y avait 430 enfants. Dans leur cas, on ne saurait recourir à l’irradiation conventionnelle, le risque serait trop important. Les enfants ne supportent qu’une dose de radiation beaucoup plus faible que les adultes, car leur cellules sont encore en pleine croissance et continuent de se diviser, ce qui les rend plus sensibles aux rayons; ils peuvent plus facilement voir leur santé affectée.»
Peindre avec des protons
La technique Spot Scan présente des avantages important dans le cas des enfants, car elle permet un traitement particulièrement précis. Elle consiste à envoyer sur la tumeur des protons sous forme de mince faisceau de particules, couche après couche; le faisceau de protons balaie la tumeur depuis l’arrière, niveau par niveau et ligne par ligne. Comme si l’on voulait remplir la forme tridimensionnelle de la tumeur à coup d’innombrables points minuscules. Pour commencer, le faisceau atteint la couche de la tumeur située le plus en profondeur dans l’organisme; lorsque celle-ci est comblée, c’est au tour de la suivante et ainsi de suite. Pour Damien Charles Weber, «c’est presque comme faire de la peinture, on commence par dessiner le fond avant d’ajouter toujours plus de couches». Au terme d’une irradiation, le faisceau a atteint l’ensemble du volume de la tumeur, de l’arrière jusqu’à l’avant.
Pour atteindre cet objectif, il faut d’un côté que les protons soient précisément concentrés au bon endroit et, de l’autre, qu’ils aient la bonne énergie pour atteindre la profondeur désirée dans le corps du patient. Le faisceau est concentré au moyen d’aimants, de manière à ce qu’il atteigne la tumeur point par point, avec une précision de 1,5 millimètre. Le réglage de précision se fait par déplacement de la table sur laquelle repose le patient. Pour atteindre la bonne profondeur de pénétration, l’énergie du faisceau de protons doit être adaptée constamment. S’il n’est pas freiné, ce dernier dépose son énergie à une profondeur d’environ 40 centimètres sous la surface corporelle. Moins les parties de la tumeur qui doivent être irradiées sont enfouies profondément, plus il faut diminuer l’énergie des protons. La réduction se fait par le biais de ce qu’on appelle des décaleurs de distance (degrader ou range shifter plate en anglais) – des plaques en matière synthétique ou des cales en graphite, qui interceptent une partie de l’énergie des protons sur la trajectoire du faisceau.
L’irradiation avec des protons au moyen de la technique Spot Scan a fait ses preuves tout particulièrement pour les tumeurs profondes et irrégulières. Comme le faisceau de protons peut être ajusté de manière extrêmement précise, cette méthode est la première permettant d’irradier des tumeurs qui ceignent la moelle épinière, le nerf optique ou des organes importants. Mais la protonthérapie est coûteuse, ce n’est donc pas un traitement standard. Les caisses-maladie prennent uniquement en charge les frais pour certains types de cancer. Néanmoins, Damien Charles Weber est convaincu du potentiel important de la méthode. «Nous avons montré que la protonthérapie avec technique Spot Scan était sûre et efficace contre différents type de tumeurs», rappelle le médecin. Qui, dans le cadre de projets de recherche actuels, travaille avec son équipe à affiner encore le procédé.
Texte: Sabine Goldhahn
À propos du PSI
L'Institut Paul Scherrer PSI développe, construit et exploite des grandes installations de recherche complexes et les met à la disposition de la communauté scientifique nationale et internationale. Les domaines de recherche de l'institut sont centrés sur la matière et les matériaux, l'énergie et l'environnement ainsi que la santé humaine. La formation des générations futures est un souci central du PSI. Pour cette raison, environ un quart de nos collaborateurs sont des postdocs, des doctorants ou des apprentis. Au total, le PSI emploie 2000 personnes, étant ainsi le plus grand institut de recherche de Suisse. Le budget annuel est d'environ CHF 370 millions. Le PSI fait partie du domaine des EPF, les autres membres étant l'ETH Zurich, l'EPF Lausanne, l'Eawag (Institut de Recherche de l'Eau), l'Empa (Laboratoire fédéral d'essai des matériaux et de recherche) et le WSL (Institut fédéral de recherches sur la forêt, la neige et le paysage).
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