Irradiation cellulaire : les antiprotons quatre fois plus efficaces que les protons

Michael Holzscheiter avec Niels Bassler et Helge Knudsen devant l’expérience ACE. Le faisceau de particules pénètre dans un tube de cellules au coeur d’un récipient contenant une solution de glycérol et d’eau (Image: CERN)

Genève, le 31 octobre 2006. Au CERN1, une expérience inédite, susceptible de trouver des applications dans le traitement du cancer, a donné ses premiers résultats. Lancée en 2003, l’expérience ACE (Antiproton Cell Experiment) est la première à étudier les effets biologiques des antiprotons.

« Nous avons posé la première pierre d’un nouveau traitement du cancer. Les résultats montrent que les antiprotons sont quatre fois plus efficaces que les protons pour détruire des cellules vivantes. Bien qu’elle doive encore être comparée à d’autres méthodes déjà utilisées, cette nouvelle thérapie constitue une avancée majeure dans ce domaine de recherche » indique Michael Doser, du CERN, l’un des scientifiques collaborant à l’expérience. L’expérience ACE rassemble des spécialistes de la physique, la biologie et la médecine, provenant de dix instituts du monde entier.

Actuellement, les traitements faisant intervenir des faisceaux de particules utilisent en général des protons pour détruire les cellules tumorales d’un patient. L’équipe a comparé directement l’efficacité d’une irradiation cellulaire avec des protons et avec des antiprotons. Pour simuler une coupe transversale de tissu dans un corps humain, des tubes ont été remplis de cellules vivantes de hamster en suspension dans de la gélatine. Les scientifiques ont irradié l’une des extrémités du tube à l’aide d’un faisceau tantôt de protons et tantôt d’antiprotons, ayant une portée de 2 cm dans l’eau, et évalué la proportion de cellules encore en vie après irradiation tout au long du trajet du faisceau.

Les résultats montrent que les antiprotons sont quatre fois plus efficaces que les protons La comparaison des effets des faisceaux de protons et d’antiprotons entraînant des lésions identiques à l’entrée de la cible a montré que les dommages aux cellules situées à la fin du trajet du faisceau étaient quatre fois supérieurs avec le faisceau d’antiprotons. Michael Holzscheiter, porte-parole de l’expérience ACE, résume ainsi ces résultats : « Pour obtenir le même degré de dommage dans les cellules de la zone visée, il faut quatre fois moins d’antiprotons que de protons. L’utilisation des antiprotons réduirait sensiblement les dommages aux cellules tout au long du trajet suivi par le faisceau. Comme ils ont une capacité inégalée à préserver les tissus sains, les antiprotons pourraient s'avérer particulièrement utiles dans le traitement des récidives cancéreuses où cette caractéristique est essentielle. »

Les antiprotons sont des particules d’antimatière. Ils doivent être produits en petites quantités dans un laboratoire à l’aide d’un accélérateur de particules. Lorsque des particules de matière et d’antimatière se rencontrent, elles s’annihilent (se détruisent mutuellement), transformant ainsi leur masse en énergie. ACE se sert de cette propriété, car l’antiproton pourrait s’annihiler avec une partie du noyau d’un atome de cellule cancéreuse et les fragments produits par l’énergie émise lors de l’annihilation seraient projetés sur des cellules cancéreuses voisines, détruites à leur tour.

« Le CERN est un lieu unique pour ce type de travaux. C’est le seul endroit du monde où l’on peut disposer d’un faisceau d’antiprotons de qualité élevée et ayant une énergie suffisamment basse - un facteur essentiel pour nos recherches. Sans le décélérateur d’antiprotons du Laboratoire, ces expériences n’auraient jamais vu le jour » indique Niels Bassler, autre porte-parole d’ACE. « Cette expérience est un merveilleux exemple de la manière dont la recherche en physique des particules peut amener des solutions novatrices potentiellement bénéfiques pour la médecine. »

D’autres essais sont en cours afin d’irradier des cellules plus profondes (à environ 15 cm de la surface). Des expériences destinées à comparer l’efficacité des antiprotons avec un autre type de traitement utilisant des ions carbone commenceront le mois prochain, au GSI (Gesellschaft für Schwerionenforschung), en Allemagne. D’autres tests sont prévus pour évaluer pleinement l’efficacité et l’opportunité des antiprotons pour le traitement du cancer et s’assurer qu’ils entraînent moins de lésions des tissus sains que d’autres méthodes.

Si tout va bien, la première application clinique verra le jour d'ici à une dizaine d'années ou plus.

Les résultats complets de l’expérience sont publiés ce jour dans Radiotherapy and Oncology – Journal of the European Society for Therapeutic Radiology and Oncology.
Holzscheiter MH et al., The Biological Effectiveness of Antiproton Irradiation, Radiother Oncol (2006), doi:10.1016/j.radonc.2006.09.012.

Instituts collaborant à l’expérience:

  • Hôpital universitaire d’Aarhus, Danemark
  • British Columbia Cancer Research Centre, Vancouver, Canada
  • Centre Médical Universitaire, Genève, Suisse
  • CERN, Genève, Suisse
  • TRIUMF, Vancouver, Canada
  • Université d’Aarhus, Danemark
  • Université de Californie, Los Angeles (UCLA), Californie, USA
  • Université de Maastricht, Pays-Bas
  • Université de Monténégro, Podgorica, Monténégro
  • Institut des sciences nucléaires de Vin?a, Belgrade, Serbie

Historique scientifique

Le traitement du cancer par faisceaux de particules a été proposé en 1946 dans un article fondateur de R.R. Wilson, intitulé “Radiological Use of Fast Protons” (Robert R. Wilson; Radiology 47 (1946)), dans lequel il faisait valoir que les protons et d’autres particules lourdes chargées possèdent une propriété unique, le « profil de dose inversé ». En entrant dans un corps humain, ils abandonnent l’essentiel de leur énergie à une profondeur déterminée par l’énergie initiale des particules. D’où une diminution importante de l’énergie déposée dans les tissus sains situés en amont de la tumeur visée. Et lorsque les particules s’arrêtent à une profondeur définie, aucune énergie n’est déposée au-delà de la cible. L’énergie déposée par des rayons X, en revanche, est maximale près de la surface, puis décroît exponentiellement jusqu’à ce que les rayons ressortent de l’autre côté de l’organisme. Cet article et les importants travaux expérimentaux qui ont suivi au Laboratoire Lawrence de Berkeley ont conduit au développement du traitement du cancer par les protons et, plus récemment, par les ions carbone, ainsi qu’à la création de 40 et quelques centres dans le monde entier qui, à ce jour, ont traité environ 50 000 patients. Les scientifiques cherchent toujours à améliorer le rapport entre les dommages occasionnés sur la cible visée et sur les tissus sains avoisinants afin de réduire les effets secondaires et les séquelles éventuelles. La collaboration ACE mène actuellement au Décélérateur d’antiprotons (AD) du CERN une étude expérimentale sur les propriétés uniques des antiprotons, qui se comportent comme les protons lorsqu’ils pénètrent dans l’organisme, mais produisent plus d’énergie dans la zone visée du fait de l’annihilation et déposent en outre cette énergie supplémentaire d’une manière biologiquement plus efficace.

Pour plus d’informations, veuillez contacter:

  • Michael Holzscheiter
    Porte-parole de l’expérience ACE
    michael.holzscheiter at cern.ch
    +1-505-983-7664 (8 heures de décalage horaire avec Genève)
  • Niels Bassler
    Autre porte-parole de l’expérience ACE
    n.bassler at dkfz-heidelberg.de
    +49 163 173 9835
  • Jens Overgaard
    Autre porte-parole de l’expérience ACE
    Oncologie clinique
    +45 89 492 629
    jens at oncology.dk
  • Michael Doser
    Contact au CERN
    michael.doser at cern.ch
    +41 22 767 7284
  • Brad Wouters
    Aspects biologiques
    brad.wouters at MAASTRO.unimaas.nl
    +31 43 388 2912
  • Helge Knudsen
    Chef d’équipe à Aarhus
    hk at phys.au.dk
    +45 89 422 899

Note(s)

1. Le CERN, Organisation européenne pour la recherche nucléaire, est le premier centre mondial de recherche en physique des particules. Il a son siège à Genève et a actuellement pour Etats membres l'Allemagne, l'Autriche, la Belgique, la Bulgarie, le Danemark, l'Espagne, la Finlande, la France, la Grèce, la Hongrie, l'Italie, la Norvège, les Pays-Bas, la Pologne, le Portugal, la République slovaque, la République tchèque, le Royaume-Uni, la Suède et la Suisse. L'Inde, Israël, le Japon, la Fédération de Russie, les Etats-Unis d'Amérique, la Turquie, la Commission européenne et l'UNESCO ont le statut d'observateur.

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