Protonthérapie ou radiothérapie conventionnelle ? Des thérapies complémentaires aux résultats prouvés in vitro.

2019-02-05

A l’occasion du World Cancer Day ce 4 février, le SCK·CEN, le centre de recherche de l’énergie nucléaire, organise une présentation des résultats du travail de plusieurs années de recherche sur les effets biologiques sur l’être humain de la protonthérapie par rapport à la radiothérapie conventionnelle. Ces recherches ont été menées par Katrien Konings, PhD au SCK·CEN, dans le cadre du consortium BHTC (Centre Belge de l’Hadronthérapie réunissant 7 hôpitaux universitaires belges, la Fondation contre le Cancer, et le SCK·CEN). Les résultats seront présentés ce lundi à 11h au SCK·CEN à Mol.

Katrien Konings défendra sa thèse de doctorat ce 22 février à Louvain en présence de sa promotrice, Karin Haustermans, professeur à la KULeuven et directrice du premier centre de protonthérapie qui ouvrira ses portes en juin 2019, et ses co-promotrices, Marjan Moreels et Sarah Baatout, scientifiques dans l’unité de radiobiologie au SCK·CEN. A l’occasion du World Cancer Day, elle dévoilera déjà les principales conclusions de ses recherches.

Actuellement, un nombre encore trop peu croissant de patients atteints de cancer sont traités par protonthérapie. Bien que les propriétés physiques soient bien caractérisées, de nombreuses questions liées aux effets biologiques de la protonthérapie demeurent et ont été mises en avant dans le récent rapport de la KCE (Centre Fédéral d’Expertise des Soins de Santé). Accroître les connaissances sur les effets moléculaires et cellulaires du rayonnement par protonthérapie est crucial, car ces effets peuvent être différents des rayons X classiques.

L'objectif de ce travail de recherche entamé en 2010 est de comparer l’effet de différents types de rayonnement sur les changements moléculaires et fonctionnels dans les cellules cancéreuses. Pour ce faire, trois types de cancers ont été étudiés, le cancer du cerveau chez l’enfant, celui de la prostate chez l’homme et celui du sein chez la femme.

La radiothérapie conventionnelle a été comparée aux techniques de radiothérapie par faisceau de particules (l’hadronthérapie qui utilise des particules de carbone ou la protonthérapie et ses protons). L’étude a porté sur l’impact des photons et des particules (proton et carbone) sur des cellules cancéreuses et saines. Ces cellules ont été traitées par radiothérapie classique dans les installations du SCK·CEN en Belgique et par radiothérapie par particules, en France à l’institut GANIL (Grand Accélérateur National d’Ions Lourds) situé à Caen, ainsi qu’en Afrique du Sud, dans le centre de recherche iThemba à Cape Town.

Lors d’un traitement par radiothérapie conventionnelle, le rayonnement impacte les tissus sains situés dans le champ du rayonnement avant la tumeur, il transperce celle-ci et continue son trajet après la tumeur. Les dommages au niveau des cellules sont les plus importants au niveau de la tumeur, mais peuvent être également non négligeables au niveau des tissus sains situés autour de la tumeur.

Dans le cas d’une thérapie par faisceau de particules, l’intensité de la dose est la plus importante quand elle atteint la tumeur. Comme si elle implosait au contact de la tumeur, sans la transpercer. L’effet est inexistant après celle-ci. Ce nouveau type de traitement permet donc l’utilisation de doses beaucoup plus importantes et ciblées au niveau de la tumeur tout en épargnant le tissu sain environnant la tumeur.

Il y a encore quelques années, tout laissait à penser que les effets biologiques étaient quasi identiques, à l’exception de la thérapie par carbone, dont l’effet est reconnu comme deux à trois fois plus important. Il faut donc beaucoup moins de doses pour obtenir le même résultat. Jusqu’à présent des indices sérieux tentaient à prouver que les faisceaux de particules avaient également des effets uniques. C’est la raison pour laquelle le SCK·CEN et plus particulièrement Katrien Konings a mené des recherches sur trois modèles in vitro de cancers. Katrien Konings a étudié l'effet du rayonnement de particules aux niveaux moléculaire (dommages à l'ADN, expression génique) et cellulaire (survie et migration des cellules).

Cette étude permet de montrer aujourd’hui que les effets biologiques de ces deux thérapies, conventionnelle et à faisceau de particules, sont également différents.

Résistant comme un hérisson

Pour comprendre les recherches, il faut préalablement expliquer le rôle de la molécule Hh (appelée hedgehog, en anglais) qui se situe au niveau de la membrane cellulaire et peut être activée par un rayonnement. Une fois irradiée cette molécule s’active et résiste à la radiothérapie. Pour neutraliser cet effet, il faut un inhibiteur.

Lors de ses recherches, Katrien a irradié les cellules avec des photons en y ajoutant un inhibiteur Hh. Elle a procédé de même avec les protons. Les résultats se sont avérés positifs dans le cas de la protonthérapie. Les cellules étaient moins résistantes, rendant le traitement plus efficace.

« Ceci n’est que le premier constat important des recherches que nous avons menées. La deuxième conclusion de l’étude porte sur l’effet migratoire des cellules cancéreuses. Les thérapies des particules (protonthérapie, hadronthérapie) associées à un inhibiteur Hh ont un impact important sur le risque de migration des cellules cancéreuses. Cette combinaison permet d’obtenir des cellules moins résistantes, sédentaires et donc plus faciles à traiter.» explique Katrien Konings.

10% des patients traités par radiothérapie conventionnelle développent des métastases, les cellules s’échappent de la tumeur pour se nidifier dans d’autres endroits du corps et propager la maladie. En stoppant cet effet de migration des cellules, toutes les cellules restent localisées au niveau de la tumeur primaire, et sont irradiées suite au traitement. L’étude a montré que l’irradiation par particules diminue l’effet migratoire, effet qui est encore amplifié si l’irradiation est combinée à un inhibiteur Hh.

Pour Marjan Moreels, co-promotrice et scientifique au SCK·CEN : «Cette combinaison est unique au monde. Ces données montrent le potentiel de la thérapie par faisceau de particules et soulignent le fait que les médicaments à ciblage moléculaire pourraient être prometteurs en combinaison avec la thérapie à faisceau de particules.»

Analysées dans les détails, l’impact sur la résistance des cellules est le plus flagrant pour le cancer pédiatrique. Ce sont par contre les cellules cancéreuses du sein, qui ont le mieux réagi à l’effet de migration.

« Grâce à ce travail de recherche réalisé au SCKCEN en partenariat avec la KULeuven, Katrien Konings a réussi à démontrer que le rayonnement par faisceau de particules était plus efficace que les rayons X pour retarder la réparation des dommages de l'ADN, pour induire un arrêt du cycle cellulaire, pour diminuer la survie cellulaire et pour diminuer la migration cellulaire et donc indirectement, le risque de métastases. » explique Karin Haustermans, directrice du premier centre de protonthérapie et professeur à la KULeuven.

Les prochaines étapes porteront sur l’analyse de l’impact de la combinaison de la radiothérapie à d’autres thérapies. La thérapie conventionnelle est efficace et utile, elle reste la thérapie standard. Par contre, dans certains cas, quand les rayons X ne fonctionnent pas, que les cellules ne réagissent pas, d’autres techniques peuvent être ajoutées à la radiothérapie, rendant le traitement plus efficace. La protonthérapie est unique, mais il est important d’envisager d’y complémenter d’autres pistes comme l’immunothérapie et d’augmenter les études de la protonthérapie sur d’autres types de cancers.

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Cathy Schoels  +32 (0) 0477 68 02 80  - cathy.schoels@gmail.com

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