Enhancement of the photo-electric effect with pharmacological agents in synchrotron radiation based anti cancer radiotherapy: a methodological study
Développement méthodologique de l'application d'agents pharmacologiques renforçateurs de l'effet photoélectrique pour l'utilisation du rayonnement synchrotron en radiothérapie anticancéreuse
Résumé
Anticancer therapy rests on three main principles: 1) anatomic confinement of irradiation; 2) temporal fractioning of treatment; 3) treatment of tissues that are more sensitive to radiation than surrounding healthy tissue. Under those principles hides the goal of radiotherapy: to deposit more of the X-ray energy in the tumour while preserving the surrounding healthy tissues. This goal is hard to reach since one of the causes of the failures in radiotherapy is the continuing evolution of the tumour. Could synchrotron radiation be more effective as an X-ray source for radiotherapy? The variation of the radiation-matter interaction cross-sections as a function of X-ray energy and atomic number of the medium show that certain energies and certain elements are more suitable to obtain the largest number of interactions and the largest amount of deposited energy. Synchrotron radiation allows to select precisely those energies because of its high spectral intensity. Its spectral characteristics (energy of the photons between 10 and 100 keV) allow to trigger the photoelectric effect with a maximum of probability on heavy elements introduced close to cancerous cells. It has been shown that: 1) synchrotron radiation based tomodensitometry is a quantitative imaging technique, potentially powerful for radiotherapy since it insures in-vivo the measurement of intra-tumoral concentration of contrast agent (I or Gd); 2) in the presence of iodinated contrast agent the lethal effect of X-rays on cell survival is increased and the gain in radio sensitivity depends on X-ray energy ; 3) at the cellular scale the lethality of irradiation can be optimised again by transporting heavy atoms (I, Pt) inside the DNA, which is the biological target of the irradiation. This reinforcement of the killing efficiency of low energy X-rays using a physical mechanism aimed at a pharmacological agent is an original concept in anti cancer radiotherapy.
La radiothérapie anticancéreuse repose sur trois grands principes: 1) restriction anatomique de l'irradiation ; 2) fractionnement temporel du traitement; 3) traitement de tissus plus sensibles aux rayonnements que les tissus sains environnants. Sous ces principes se cache un idéal: celui de déposer plus d'énergie de rayons X (RX) dans les tumeurs, en préservant les tissus sains adjacents. Objectif difficile à atteindre puisqu'une des causes d'échec de ce traitement est la poursuite de l'évolution tumorale. Le rayonnement synchrotron pourrait-il être plus efficace? Les variations des coefficients d'interactions rayonnement-matière, en fonction de l'énergie des RX et du numéro atomique du matériau, montrent que certaines énergies et certains matériaux sont préférables pour obtenir un maximum d'interactions et d'énergie déposée. Le rayonnement synchrotron permet de sélectionner précisément ces énergies, grâce à sa très grande intensité. Ses caractéristiques spectrales (énergie des RX entre 10 et 100 keV) permettent de déclencher l'effet photoélectrique, avec un maximum de probabilité, sur des éléments lourds introduits au voisinage de cellules tumorales. Il a été montré que: 1) la tomodensitométrie par rayonnement synchrotron est une technique d'imagerie quantitative, potentiellement puissante pour la radiothérapie car elle assure in vivo la mesure de la concentration intratumorale d'agent de contraste (I ou Gd); 2) en présence d'agent de contraste iodé l'effet létal des RX sur la survie cellulaire est augmenté et le gain de radiosensibilisation dépend de l'énergie des RX; 3) à l'échelle cellulaire, la létalité de l'irradiation peut être encore optimisée en transportant des atomes lourds (I, Pt) au cœur de l'ADN, cible biologique de l'irradiation. Ce renforcement de l'efficacité létale des RX de basses énergies, grâce à une interaction physique ciblée sur un agent pharmacologique, est un concept original en radiothérapie anticancéreuse.
Fichier principal
tel-000065851.pdf (9.47 Mo)
Télécharger le fichier
tel-00006585.pdf (6.91 Mo)
Télécharger le fichier
Format : Autre