Rendre le cancer moins terrifiant

Le thorax humain se soulève et s’abaisse une quinzaine de fois par minute, lorsque nous respirons. C’est également le cas chez cette patiente allongée sur une table du Centre de protonthérapie du PSI. Elle est ici pour l’irradiation d’une tumeur pulmonaire et ses mouvements respiratoires représentent un défi. Mais, pour atteindre la tumeur avec la précision requise, les scientifiques du PSI ont mis au point une nouvelle méthode.

En Suisse, la protonthérapie du PSI est unique. Elle a une histoire de plus de quarante ans et elle forme un complément important à la radiothérapie classique des hôpitaux. Les protons accélérés peuvent être dirigés de manière extrêmement précise, ce qui permet de ménager les tissus sains. Et c’est la raison pour laquelle chaque millimètre compte.

Protonthérapie sur mesure

Actuellement, estime la Ligue suisse contre le cancer, notre pays compte quelque 450000 survivants du cancer. La patiente du Centre de protonthérapie devrait en faire partie. Pour atteindre la tumeur de manière optimale, en dépit de ses mouvements respiratoires, les scientifiques du PSI appliquent deux mesures: le mince faisceau de protons balaie la tumeur en 3D à plusieurs reprises et avec une faible dose à chaque fois. Ainsi, les légers changements de position à chaque balayage pèsent moins dans la balance. En parallèle, des caméras spéciales suivent la respiration de la patiente, qui est irradiée seulement pendant le bref moment où son thorax se trouve en position de repos, soit après chaque expiration.

Un autre projet du Centre de protonthérapie va plus loin. Il concerne les tumeurs situées dans toutes les régions de l’organisme. Une protonthérapie se déroule dans le cadre de nombreuses séances individuelles qui, en règle générale, s’étirent sur plusieurs semaines. Or, pendant ce temps, une tumeur peut bouger, changer de forme, ou bien il arrive que les tissus situés au-devant se modifient. Francesca Albertini, physicienne médicale, et son équipe ont donc développé un nouveau protocole de traitement qu’ils ont déjà appliqué avec succès à des patients présentant des tumeurs crâniennes: la Daily Adaptive Proton Therapy (DAPT). Chaque journée de traitement commence par une tomodensitométrie (CT-scan ou scanner) faiblement dosée, à partir de laquelle on détermine la dose de rayonnement optimale. Cela augmente tellement la précision que la dose de rayonnement supplémentaire du scanner est largement compensée, explique Francesca Albertini: «Dans de nombreux cas, le protocole DAPT peut réduire la dose de 10 à 15 % pour les structures sensibles, par comparaison avec les méthodes utilisées jusque-là, détaille-t-elle. Cela peut constituer une différence notable pour la personne concernée.» Les scientifiques ont largement automatisé le processus, si bien que chaque séance ne dure que quelques minutes de plus. Par la suite, ils testeront la DAPT sur des tumeurs situées dans d’autres parties du corps, comme l’abdomen.

Transport vers la cellule cancéreuse

Au Centre des sciences radiopharmaceutiques du PSI, on étudie aussi des méthodes de traitement ultramodernes contre le cancer. Les médicaments radiopharmaceutiques s’emploient lorsque le cancer s’est déjà propagé et qu’il a formé des métastases. Alors qu’une chimiothérapie attaque toutes les cellules du corps qui se divisent rapidement – y compris celles qui sont saines –, le médicament radiopharmaceutique agit de manière ciblée et ménage davantage l’organisme.

Un médicament radiopharmaceutique est composé d’un radionucléide – un atome qui émet du rayonnement ionisant – et d’une molécule qui se fixe de manière ciblée aux cellules cancéreuses. Pour le diagnostic, on commence par choisir un radionucléide qui émet un rayonnement gamma. Le traitement se fait ensuite avec un radionucléide aussi proche que possible, qui émet une forme adéquate de rayonnement bêta. Contrairement au rayonnement gamma, le rayonnement bêta a une pénétration de quelques millimètres seulement, tout en étant beaucoup plus intense. Cela signifie qu’il détruit de manière ciblée les cellules cancéreuses auxquelles le médicament radiopharmaceutique s’arrime (et non les tissus sains environnants).

Ce principe est établi depuis plusieurs décennies dans le cas du cancer de la thyroïde, avec des radionucléides de l’iode radioactif que la thyroïde absorbe naturellement. «Malheureusement, il n’existe pas, pour chaque organe développant un cancer, une affinité naturelle pour un élément», rappelle Roger Schibli, directeur du Centre des sciences radiopharmaceutiques. C’est pourquoi les scientifiques du PSI développent ce qu’on appelle des «ligands»: des molécules qui se lient de manière ciblée à des cellules cancéreuses données. Ils couplent ensuite le radionucléide au ligand, qui le transporte jusqu’à sa cible. Grâce à un agent développé par le groupe de recherche emmené par Cristina Müller, qui utilise le radionucléide terbium-161, il devient même possible de détruire efficacement des micrométastases, voire des cellules cancéreuses.

Pour disposer des radionucléides les plus divers en quantité nettement plus importante, le PSI planifie une nouvelle installation: en 2029 vont démarrer les travaux de construction de TATTOOS (Targeted Alpha Tumor Therapy and Other Oncological Solutions). Il fait partie d’un vaste projet de modernisation du PSI appelé IMPACT (Isotope and Muon Production with Advanced Cyclotron and Target Technologies). «TATTOOS ouvrira des possibilités complètement nouvelles, affirme Cristina Müller. A l’avenir, nous analyserons beaucoup d’autres radionucléides pour le traitement des cancers les plus divers. Ceux-ci permettront l’avènement de traitements plus efficaces, mais qui n’affecteront pas les organes sains.» Cela profitera en particulier aux personnes âgées ayant déjà subi un traitement, car leur organisme supporte souvent moins bien les thérapies lourdes.

L’objectif à long terme des sciences radiopharmaceutiques est de personnaliser le traitement: trouver un médicament radiopharmaceutique pour chaque type de cancer, chaque stade, en fonction des prédispositions individuelles du malade. TATTOOS permettra de faire un grand pas dans cette direction.

Mammographie plus précise

Mais le mieux, c’est encore de pouvoir dépister le cancer à un stade précoce. Marco Stampanoni, chercheur au Centre des sciences photoniques du PSI, travaille, avec son équipe, au dépistage précoce du cancer du sein. Chaque année, en Suisse, environ 6800 femmes reçoivent ce diagnostic. La mammographie classique mesure l’absorption des rayons X par les tissus. Les nodules tissulaires et les calcifications, qui peuvent être des signes précurseurs de cancer, y apparaissent sous la forme de points clairs. Mais les images ne sont jamais parfaites et, dans près de la moitié des cas, la biopsie qui suit révèle que l’image suspecte était une fausse alarme, tandis qu’un cinquième des véritables tumeurs ne sont pas découvertes.

Le groupe de recherche emmené par Marco Stampanoni utilise une technique appelée «interférométrie à réseaux». Elle repose sur des informations obtenues à partir de l’absorption des rayons par les tissus, mais aussi de leur réfraction et de leur diffusion sur les tissus. Cela permet des images beaucoup plus nettes et contrastées. «Les petits objets, notamment, peuvent être mesurés avec précision, même lorsqu’ils concernent des tissus mous qui restent invisibles avec d’autres techniques, explique le chercheur. La diffusion permet de distinguer une modification bénigne d’une modification maligne.»

A long terme, la méthode devrait permettre des examens précis en 3D sans compression douloureuse des seins. Et l’interférométrie à réseaux pourrait venir en renfort pour d’autres types de cancers: par exemple, le cancer du poumon, puisque les alvéoles pulmonaires diffractent les rayons X différemment chez une personne atteinte et chez une personne en bonne santé.

Les molécules de la chimiothérapie

Enfin, les scientifiques du PSI travaillent à améliorer la chimiothérapie classique. L’équipe de Michel Steinmetz, directeur ad interim du Centre des sciences de la vie du PSI, a analysé des tubulines à l’échelle de l’atome. Pour ce faire, les scientifiques ont utilisé des procédés d’imagerie comme la cristallographie aux rayons X à la Source de Lumière Suisse SLS du PSI. Les tubulines sont les molécules cellulaires auxquelles se lient la plupart des médicaments oncologiques.

Les chercheurs ont réussi à identifier bon nombre de nouvelles poches de liaison et à en caractériser précisément d’autres, déjà connues. Les principes actifs se logent dans ces cavités de la tubuline. Plus ils s’y ajustent précisément, plus ils y adhèrent longtemps et sont efficaces. «Et plus nous connaissons la structure précise des poches de liaison, plus nous sommes en mesure de concevoir avec exactitude de nouveaux principes actifs qui s’imbriquent de façon optimale», ajoute Michel Steinmetz.

Le groupe de recherche emmené par Jörg Standfuss, qui travaille avec Michael Steinmetz au Centre des sciences de la vie, a mesuré au laser suisse à rayons X à électrons libres SwissFEL comment le principe actif et la poche de liaison se déforment, lorsqu’ils se séparent. Ces mesures ont été réalisées avec une précision de l’ordre de 100 femtosecondes, une femtoseconde équivalant à un millionième de milliardième de seconde. Ces travaux contribuent notamment à améliorer des principes actifs photosensibles novateurs, c’est-à-dire des médicaments que l’on peut commuter à l’aide d’une impulsion lumineuse. Ceux-ci permettraient potentiellement de concevoir des chimiothérapies beaucoup moins lourdes en termes d’effets indésirables.

De Francesca Albertini à Jörg Standfuss, les scientifiques ont tous en commun la patience et la passion, qu’ils investissent depuis de nombreuses années pour développer et affiner leurs méthodes. Ensemble, ils poursuivent le même objectif: rendre le cancer moins terrifiant.