Laboratoire
Le Laboratoire d'Imagerie Translationnelle en Oncologie (LITO) est une unité de recherche (U1288) soutenue par l'Inserm et l'Institut Curie, le premier centre de lutte contre le cancer en France ( ). Le LITO compte environ 30 chercheurs, dont des physiciens, des ingénieurs, des médecins, des pharmaciens et des techniciens.
Contexte
La radiothérapie est actuellement l'une des principales techniques utilisées pour le traitement des cancers. Plus de 50 % des patients traités pour un cancer, soit environ 180 000 cas par an en France, en bénéficient. Au cours des trente dernières années, de nombreux progrès techniques ont permis d'améliorer considérablement la conformation de l'irradiation aux spécificités de chaque tumeur et d'en réduire les effets secondaires. Néanmoins, la tolérance des tissus sains reste la principale limite de ce type de traitement, notamment dans le cas de patients particulièrement radiosensibles, comme les enfants, pour lesquels le contrôle des effets secondaires de la radiothérapie reste un défi thérapeutique majeur. Récemment, des travaux pionniers menés à l'Institut Curie ont montré que l'irradiation à ultra-haut débit de dose (dite FLASH) a pour effet majeur d'épargner les tissus sains - tout en préservant l'efficacité anti-tumorale (Favaudon et al 2014).
La radiothérapie à électrons de très haute énergie (dans la gamme d'énergie de 100 à 250 MeV), proposée pour la première fois dans les années 2000, serait particulièrement précise et indépendante des hétérogénéités tissulaires (contrairement aux électrons de basse énergie ou aux protons), et pourrait être applicable dans un grand nombre de localisations anatomiques profondes (Figure 1). Elle est aussi potentiellement beaucoup moins coûteuse que les autres techniques de radiothérapie, et permettrait un traitement accéléré, par exemple par balayage magnétique des faisceaux de particules, avec des doses élevées par fraction, améliorant ainsi son efficacité. Il est également possible de tirer parti des travaux récents sur le FLASH - dans lequel une dose élevée est administrée aux tissus en un temps extrêmement court - permettant de réduire simultanément l'occurrence et la gravité des complications précoces et tardives affectant les tissus normaux, tout en maintenant le contrôle de la tumeur (Ronga et al 2021).
Figure 1: Distribution de la dose en profondeur dans l’eau pour plusieurs types de rayonnements (photons, électrons, protons) (A Lagzda 2019).
Il est cependant important pour le développement clinique des faisceaux d'électrons de très haute énergie de considérer la contribution à la dose équivalente reçue par le patient des neutrons, des photons et de la radioactivité induite à très haute énergie, et d'évaluer la production de neutrons, de photons et de radioactivité du point de vue de la radioprotection (patients et travailleurs). La contribution des particules secondaires produites par les interactions Bremsstrahlung et électronucléaires doit également être analysée, ainsi que leur effet potentiel sur la radiobiologie en fonction du débit de dose ou des transferts linéaires d'énergie. Les techniques de Monte Carlo étant la référence pour les calculs de transport des rayonnements, le candidat simulera donc l'irradiation et la contribution éventuelle des particules secondaires pendant les traitements par VHEE, et évaluera la faisabilité de l'irradiation par VHEE dans le cadre des niveaux de radioprotection standard dans un bunker conventionnel. Dans l'hypothèse d'un bunker hospitalier, un modèle détaillé des zones d'interaction des faisceaux sera réalisé et les particules générées seront transportées dans des géométries 3D complexes. Les améliorations permettant de répondre aux exigences de traitement du point de vue de la contribution des particules secondaires à la dose seront évaluées. En outre, la possibilité d'utiliser l'imagerie in vivo et la quantification de la distribution de l'activité sera également étudiée comme moyen d'accéder à la dose délivrée aux patients.
En outre, la dose de particules secondaires délivrée à un patient recevant une thérapie par VHEE dépend fortement de l'âge et de la taille, ainsi que de la morphologie et de la localisation de la tumeur, en plus de la configuration du faisceau et des paramètres du champ tels que l'énergie et l'incidence angulaire. Des méthodes permettant d'estimer avec précision la dose délivrée aux tissus normaux des patients pédiatriques ou adultes et des outils informatiques permettant d'effectuer une comparaison complète de la dose et du risque pour les tissus normaux entre les différents faisceaux de la thérapie VHEE seront développés. Les méthodes de Monte Carlo ainsi que l'apprentissage machine/apprentissage profond pour l'estimation rapide de la dose hors champ seront par exemple testés.
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