En 1999, un patient cancéreux était irradié au PSI par protonthérapie avec modulation d’intensité (IMTP). Une première mondiale. Cette méthode a permis à la technique Spot Scan de remporter un important succès dans le traitement du cancer. Aujourd’hui, elle est la norme partout dans le monde. Cette forme moderne d’irradiation par protons a été développée au PSI.
Tony Lomax vient de Manchester en Grande-Bretagne et cela s’entend. Mais son accent anglais n’affecte pas son débit lorsqu’il parle en allemand, ce qui n’est guère étonnant après plus de trois décennies passées en Suisse. «Lorsque je suis arrivé comme post-doc au PSI, il régnait ici un esprit pionnier», se souvient ce physicien médical, qui repense avec plaisir à cette période. Une petite équipe de physiciens et de médecins surdoués travaillaient à l’avènement de l’irradiation par protons des tumeurs profondes.
L’idée était nouvelle. Car jusque-là, les patients cancéreux étaient traités avec des rayons X, autrement dit par radiothérapie conventionnelle, une méthode encore majoritairement utilisée aujourd’hui. Mais les protons sont des particules chargées et ils peuvent eux aussi détruire des cellules cancéreuses, tout en offrant un avantage important: ils déposent la majeure partie de leur énergie dans la tumeur et ménagent ainsi les tissus sains situés derrière.
Dans les années 1990, la protonthérapie a franchi un jalon, passant du stade d’idée intéressante à celui de technique utilisée avec succès sur l’être humain. Grâce aux importantes percées techniques de l’époque, nous disposons aujourd’hui d’un autre moyen moderne pour lutter contre le cancer de manière ciblée. Alors que les premières installations de protonthérapie dans le monde traitaient les patients avec la méthode du «passive scattering», au PSI, on voulait aller plus loin. C’est ainsi que la méthode Spot Scan a été mise au point: un développement révolutionnaire couronné par un important succès clinique.
Mais ce succès de la protonthérapie Spot Scan, qui continue de perdurer, n’a été possible que grâce à l’avènement d’une autre technique développée par Tony Lomax et son équipe: la protonthérapie par modulation d’intensité ou IMTP. Ce procédé rend la protonthérapie encore plus précise et ménage encore mieux les organes sensibles lors de l’irradiation.
L’esprit pionnier des années 1990
Tony Lomax est arrivé en 1992 au PSI pour contribuer au développement de la technique Spot Scan: un faisceau de protons aussi fin qu’un crayon qui balaye les tumeurs profondes point par point, en 3D, et finit par les détruire. A l’époque, les doutes dans la communauté mondiale étaient considérables quant à la faisabilité de cette méthode. Mais grâce à Eros Pedroni, Hans Blattmann et Gudrun Goitein, le développement de cette technique s’est poursuivi, au point qu’elle finalement pu être utilisée avec succès pour la première fois sur un patient: c’était en 1996, au PSI.
Après cette première, plusieurs dizaines de patients ont été traités avec la techniques Spot Scan, avec de très bons résultats. Mais Tony Lomax continuait à bricoler dans le but d’obtenir un système de planification de traitement parfait: ce logiciel contrôle la quantité de rayonnement protonique qui atteint la tumeur et la direction d’où il provient.
Lors d’une séance de protonthérapie, le patient est allongé sur une table et l’appareil de traitement, appelé Gantry, tourne autour de lui. Le faisceau de protons atteint ainsi la tumeur depuis différentes directions. C’est là que réside l’astuce de la protonthérapie par modulation d’intensité: des champs inégaux de faisceaux de protons atteignent le corps de la personne irradiée depuis différentes directions. Ces champs se combinent au niveau du site cible, la tumeur, qui est ainsi bombardée de manière uniforme avec la dose nécessaire de protons et finit par être détruite.
Tony Lomax nous fait la démonstration de ce fonctionnement avec ses mains. Il écarte les doigts: «Mes mains sont maintenant le champ, autrement dit le faisceau de protons», dit-il. Or comme ses doigts sont écartés, le champ n’est pas homogène: il y a plus de rayonnement au niveau de ses doigts qu’entre eux. Mais lorsqu’il rapproche ses deux mains écartées, ses doigts finissent par se retrouver côte à côte et se rejoignent pour former une surface plane. Avant l’irradiation, l’ordinateur calcule comment cette interaction fonctionne au mieux.
Succès sur toute la ligne
La protonthérapie par modulation d’intensité (IMPT) manipule les faisceaux de protons fins comme des crayons de la technique Spot Scan pour que les tumeurs soient irradiées par couches successives. Pour ce faire, on modifie notamment le nombre de protons, l’énergie du faisceau et la déviation magnétique, ce qui influence la profondeur à laquelle le faisceau pénètre dans l’organisme et la dose de rayonnement avec laquelle la tumeur est combattue.
«La technique Spot Scan avec IMPT tire le meilleur des protons», résume Tony Lomax. Grâce à son développement, la planification du traitement est devenue plus flexible, car elle offre davantage de possibilités pour irradier une tumeur. La méthode permet également de mieux appréhender les particularités anatomiques, par exemple des organes sensibles qu’il s’agit de «traverser» lors de l’irradiation. De manière générale, cela ménage les tissus sains.
A l’automne 1999, un premier patient a été irradié en utilisant une combinaison de technique Spot Scan et d’IMPT. Cette homme de 24 ans était atteint d’une tumeur osseuse maligne, un chondrosarcome situé dans la colonne thoracique. Un défi pour l’irradiation. Avec l’IMPT, il était possible de s’assurer que le cœur, les poumons et les parties non atteintes de la colonne vertébrale seraient aussi peu affectées que possible par l’irradiation. Le risque d’effets secondaires, voire de séquelles à long terme, était minimisé. Le traitement s’est achevé avec succès le 12 novembre 1999.
Vent favorable pour la protonthérapie
«Lorsque j’ai présenté l’IMPT pour la première fois à une conférence en 1999, tout le monde dans le public a fait ‘Wow!’, se souvient Tony Lomax. Les gens découvraient tout à coup ce dont la technique Spot Scan était capable.» Aujourd’hui, tous les centres de protonthérapie du monde utilisent la protonthérapie par modulation d’intensité. Cette technique a également contribué au succès que la protonthérapie connaît aujourd’hui. «La flexibilité supplémentaire qu’apporte l’IMPT a permis de démontrer au monde entier le potentiel de la protonthérapie Spot Scan», conclut Tony Lomax. C’est uniquement grâce à l’IMPT que cette forme de traitement du cancer a percé dans la clinique
Tony Lomax s’était inspiré de la radiothérapie par modulation d’intensité (IMRT), une méthode analogue issue de la radiothérapie conventionnelle. Elle avait été développée notamment par Thomas Bortfeld, de l’Université de Heidelberg en Allemagne, que Tony Lomax consultait intensément à l’époque. L’objectif de l’IMRT est aussi d’irradier de manière plus précise tout en ménageant les tissus sains.
Le moment était venu
Aujourd’hui, Tony Lomax dirige la section recherche physique au Centre de protonthérapie. Dans la communauté internationale de la protonthérapie, Tony Lomax est connu pour le développement de l’IMPT. En 2024, le Particle Therapy Co-Operative Group (PTCOG) lui a décerné le Robert R. Wilson Award: avec ce prix, cette société spécialisée dans la thérapie par particules a distingué l’ensemble de son œuvre. Hormis son travail au PSI, Tony Lomax est professeur titulaire à l’ETH Zurich. Il est également actif dans l’enseignement et a déjà encadré plus de 25 doctorants.
Les percées accomplies par Tony Lomax et son équipe n’ont été possibles que parce qu’ils se trouvaient au bon endroit au bon moment, souligne-t-il. «Je suis arrivé au PSI précisément au moment où l’on y développait la protonthérapie Spot Scan, peu avant qu’elle ne connaisse le succès, relève Tony Lomax. Par ailleurs, j’ai rejoint une équipe extrêmement compétente et j’ai pu m’appuyer sur ce que mes prédécesseurs avaient déjà commencé.» Car il ne faut pas oublier que c’est seulement à ce moment que les technologies informatiques étaient prêtes à fournir la puissance informatique nécessaire à la protonthérapie par modulation d’intensité. Autrement dit: «20 ans plus tôt, l’IMPT aurait été impossible, tout simplement», conclut Tony Lomax.
Texte: Brigitte Osterath