La protonthérapie : une histoire à succès qui a commencé il y a 25 ans

C'était un lundi, et l'équipe du Centre de protonthérapie s'était réunie dans la salle de contrôle. "Nous étions serrés les uns contre les autres et regardions, fascinés, l'écran qui montrait la salle de traitement", se souvient Martin Grossmann, alors et toujours physicien au Centre de protonthérapie (CPT) du PSI. Dans les années 1990, au sein d'une équipe de 15 personnes dirigée par Hans Blattmann, Eros Pedroni et Gudrun Goitein, il a développé une nouvelle technique pour pouvoir soigner les patients atteints de cancer : le spot scanning, également appelé pencil beam scanning.

Le 25 novembre 1996, le moment était venu : pour la première fois, un homme était allongé sur le lit du patient dans la salle de traitement. L'homme de 62 ans, originaire du canton de Lucerne, souffrait d'un cancer de la peau malin qui avait déjà formé des tumeurs secondaires dans le cerveau. Ces métastases cérébrales devaient être irradiées à l'aide de la nouvelle technique.

L'équipe était nerveuse - malgré une excellente préparation. "On peut traiter autant de poupées en plastique et de bains d'eau que l'on veut, mais lorsqu'il y a un vrai patient, c'est une toute autre expérience", explique le physicien médical Tony Lomax, qui fait partie de l'équipe de développement. Ce lundi-là, il a aidé à positionner correctement le patient pour que les faisceaux de protons atteignent exactement la zone du corps qui devait être irradiée. Car tout se joue au millimètre près : "Un faisceau de protons est comme un outil tranchant", souligne Martin Grossmann. "On n'a pas le droit à l'erreur".

Un grand succès

L'équipe de spécialistes s'est assurée que la technique fonctionnait sans problème. Et finalement, ce 25 novembre, tout le monde a pu pousser un soupir de soulagement : l'irradiation s'est déroulée comme prévu - comme Martin Grossmann et Tony Lomax l'avaient prévu. "Nous étions fermement convaincus de maîtriser la technique. Nous avons fait de gros efforts pour que tout soit sûr à cent pour cent pour les patients", explique Grossmann.

Dès l'année suivante, le centre de protonthérapie a traité avec succès plusieurs autres patients. Les spécialistes étaient d'abord sceptiques - la technique semblait alors trop incontrôlable. Pendant plus de dix ans, jusqu'en 2008, l'Institut Paul Scherrer a été la seule institution à utiliser ce procédé. Mais entre-temps, la technique du spot scanning s'est répandue dans le monde entier et est considérée comme la méthode privilégiée de la protonthérapie.

Gommer la tumeur

"La protonthérapie a radicalement changé la lutte contre le cancer", explique Damien Weber, médecin-chef et directeur du ZPT. Dans la protonthérapie, un faisceau de protons - c'est-à-dire un faisceau concentré de particules rapides et chargées - tue les cellules tumorales en détruisant en leur sein la substance héréditaire qu'est l'ADN. C'est également ce que fait la radiothérapie classique, typiquement utilisée en cas de cancer, qui maltraite les cellules avec des rayons X. Les cellules cancéreuses sont alors détruites.

Les protons présentent toutefois un grand avantage par rapport aux rayonnements de haute énergie, explique Weber : ils permettent de déterminer très précisément où ils déploient leur effet destructeur dans le corps. "Les effets secondaires liés aux radiations sont ainsi beaucoup plus rares. C'est pourquoi cette méthode est particulièrement adaptée aux enfants, mais aussi aux tumeurs situées à des endroits difficiles d'accès ou particulièrement sensibles du corps". Il s'agit par exemple de tumeurs situées au niveau de la tête ou à proximité de la colonne vertébrale.

Pendant longtemps, le corps médical a utilisé la méthode dite de "scattering" pour la protonthérapie. Dans ce cas, le faisceau de protons est dispersé et filtré par des diaphragmes métalliques, fabriqués individuellement pour chaque tumeur, de manière à ce qu'il ne touche que la partie du corps atteinte. Pour les tumeurs oculaires, ce procédé est encore aujourd'hui la méthode de choix. Ce n'est pas le cas pour les tumeurs plus profondes.

"Nous avons toujours su que la technique du spot scanning apporterait ici de nombreux avantages", explique Tony Lomax. Les tissus atteints sont alors balayés par le faisceau de protons - "comme si on les traçait avec un crayon", explique Lomax. Ou plutôt en les effaçant avec une gomme. L'emplacement de la tumeur est préalablement déterminé par des procédés d'imagerie tels que la tomographie assistée par ordinateur et l'imagerie par résonance magnétique, et le faisceau de protons est programmé de manière à ce que la quantité exacte de particules chargées atteigne les endroits souhaités.

Avantage du site PSI

Il suffit de jeter un coup d'œil dans les coulisses du centre de protonthérapie pour comprendre pourquoi cette technique n'a pu être développée qu'au PSI et non, par exemple, dans un hôpital. L'appareil d'irradiation à lui seul, appelé Gantry, a la taille d'un camion ; pour produire les faisceaux de protons et les diriger vers le Gantry, il faut un appareillage encore plus grand et plus compliqué.

"Ce que nous faisons ici, c'est de la physique appliquée aux accélérateurs", explique Martin Grossmann. "Nous avons besoin d'appareils de mesure qui contrôlent la trajectoire du faisceau. Nous avons besoin d'une électronique rapide qui contrôle les aimants pour cela. Et surtout, nous avions besoin à l'époque du personnel spécialisé pour construire une telle machine. On ne trouve pas cela dans un hôpital".

L'idée du spot scanning est née à l'origine au Japon. "Mais notre équipe ici a eu le courage de dire : nous l'appliquons vraiment maintenant", explique Grossmann. Et ce, avec beaucoup de succès, depuis maintenant 25 ans, au bénéfice des patients.

L'Institut Paul Scherrer PSI développe, construit et exploite de grandes installations de recherche complexes et les met à la disposition de la communauté scientifique nationale et internationale. Ses propres priorités de recherche sont la matière et les matériaux, l'énergie et l'environnement ainsi que l'homme et la santé. La formation des jeunes est une préoccupation centrale du PSI. C'est pourquoi environ un quart de nos collaborateurs sont des post-doctorants, des doctorants ou des apprentis. Au total, le PSI emploie 2100 personnes, ce qui en fait le plus grand institut de recherche de Suisse. Son budget annuel s'élève à environ 400 millions de francs suisses. Le PSI fait partie du Domaine des EPF, dont font également partie l'EPF de Zurich et l'EPFL, ainsi que les instituts de recherche Eawag, Empa et WSL.

Source : Institut Paul Scherrer/Brigitte Osterath