Oxygen effect in medical ion beam radiation combined with nanoparticles

Environ 50% des patients recevant un traitement contre le cancer beneficient de la radiotherapie. La radiotherapie conventionnelle consiste a utiliser des rayons X de haute energie capables de traverser les tissus et de traiter des tumeurs situees en profondeur de facon non-invasive. Malheureusement, les rayons X ne font pas la distinction entre les tumeurs et les tissus sains, qui peuvent donc etre endommages. Cette non-selectivite est a l’origine de graves effets secondaires, voire du developpement de cancers secondaires. Par consequent, l’amplification des effets radiatifs au sein de la tumeur par rapport aux tissus environnants represente un defi majeur.L’hadrontherapie (traitement par faisceaux de protons ou d’ions carbone) est consideree comme l’une des techniques les plus prometteuses car, contrairement aux rayons X, la quantite d’energie deposee atteint son maximum en fin de trajectoire. Lorsque le faisceau est regle de maniere a ce que ce maximum atteigne la tumeur, aucun dommage n’est cause aux tissus situes au-dela. Un autre avantage majeur est que les ions lourds sont plus efficaces pour traiter les tumeurs radioresistantes. L’utilisation de cette technique est cependant restreinte du fait des dommages – plus faibles mais neanmoins significatifs – causes aux tissus normaux situes sur la trajectoire du faisceau d’ions en amont de la tumeur. Afin d’ameliorer les performances de l’hadrontherapie, l’equipe a developpe a l’ISMO une nouvelle strategie combinant l’utilisation de nanoparticules (NPs) metalliques avec l’irradiation par faisceaux d’ions. L’utilisation de NPs a pour but non seulement d’amplifier les effets des rayonnements dans la tumeur mais egalement d’ameliorer l'imagerie medicale a l’aide des memes agents (theranostic). Les NPs possedent une chimie de surface permettant leur fonctionnalisation avec des ligands capable d’ameliorer la biocompatibilite, la stabilite ainsi que la circulation sanguine et l’accumulation dans la tumeur. L’equipe a deja demontre que les petites NPs d’or et de platine (≈ 3 nm) avaient la capacite d’amplifier les effets causes par les faisceaux d’ions carbone medicaux en presence d’oxygene. Cependant, les tumeurs radioresistantes sont susceptibles de contenir des regions hypoxiques. Il est donc urgent de quantifier et de caracteriser l’influence de l’oxygene sur l’effet radio-amplificateur. Le but de ma these etait d’etudier l’influence de l’oxygene lors d’irradiations par des faisceaux d’ions medicaux en presence de NPs d’or et de platine. Pour cela, deux lignes de cellules cancereuses humaines radioresistantes ont ete testees: HeLa (col de l’uterus) et BxPC-3 (pancreas). Plusieurs techniques d’irradiation ont ete utilisees : des faisceaux d’ions carbone et helium generes par « passive scattering » et des faisceaux d’ions carbone generes par « pencil beam scanning ». Les principaux resultats de cette etude sont les suivants. En condition oxique (concentration d’O₂ = 20%), une amplification des effets radiatifs a ete observee pour les deux types de NPs (a concentration de metal egale). Ce phenomene se reduit a mesure que la concentration d’oxygene diminue mais reste significatif jusqu’a 0.5%. Aucune difference significative n’a ete observee entre les deux lignes cellulaires. Il est interessant de noter que la dependance a l’oxygene varie en fonction de la technique d’irradiation utilisee. Une tentative d’explication de l’influence de l’oxygene par des processus moleculaires est proposee. Des perspectives de developpements ulterieurs sont suggerees.