A1.3 Radiothérapie par particules

Topique

Les particules chargées — protons et ions carbone — présentent un avantage physique sur les photons quant à la manière dont elles déposent leur énergie le long de leur parcours dans le corps : au lieu de perdre de l’énergie uniformément, elles concentrent la majeure partie de cette énergie à la fin de leur trajet, au niveau d’un point appelé pic de Bragg, et au-delà de ce pic, la dose délivrée chute presque à zéro.

Les photons, en revanche, ne concentrent pas leur dose en un seul point : ils délivrent une dose initiale élevée dès leur entrée dans le corps, et cette dose diminue de façon exponentielle au fur et à mesure de leur propagation. Il existe donc toujours une dose de sortie au-delà de la tumeur, un phénomène que le profil des particules chargées élimine pratiquement. Cette différence dans la distribution de la dose par chaque type de rayonnement le long de son trajet permet, en principe, à la tumeur de recevoir la même dose avec des particules chargées qu’avec des photons, tout en réduisant considérablement la dose délivrée aux tissus sains environnants.

Parmi les particules chargées, les ions carbone présentent un second avantage, cette fois biologique, que les protons ne possèdent pas au même degré : les ions carbone transfèrent leur énergie aux tissus de manière beaucoup plus concentrée le long de leur trajectoire – une propriété connue sous le nom de transfert d’énergie linéaire – et ce transfert plus concentré est à l’origine d’une efficacité biologique relative bien supérieure : une même dose physique délivrée par des ions carbone provoque deux à trois fois plus de dommages biologiques qu’une même dose délivrée par des photons.

Ces dommages biologiques plus importants causés par les ions carbone présentent également une autre propriété : contrairement aux photons, dont les dommages biologiques dépendent de la présence d’oxygène dans la tumeur pour se manifester pleinement, cette dépendance à l’oxygène disparaît pratiquement avec les ions carbone. Ainsi, les dommages biologiques qu’ils produisent sont quasiment identiques, que le tissu tumoral contienne ou non de l’oxygène.

Cette indépendance vis-à-vis de l’oxygène est précisément ce qui confère aux ions carbone leur efficacité particulière dans les tumeurs hypoxiques – c’est-à-dire les tumeurs où la concentration en oxygène est faible et où les photons perdent une grande partie de leur capacité à endommager les tissus tumoraux. La concentration de dose maximale de Bragg, caractéristique de toutes les particules chargées, et les dommages biologiques accrus et indépendants de l'oxygène induits par les ions carbone en particulier, constituent les deux avantages — le premier physique, le second biologique — qui permettent à la radiothérapie par particules chargées de traiter les tumeurs avec une dose efficace plus élevée et en causant beaucoup moins de dommages aux tissus sains environnants que les photons seuls.

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