La Hadronthérapie Un centre de traitement et de Recherche en Algérie Vgayeth , le14 mars 2017 La Physique qui soigne Madjid.Boutemeur@cern.ch La Hadronthérapie Un centre de traitement et de Recherche en Algérie

D’après J. P Gérard, centre Lacassagne, Nice Le Cancer en France D’après J. P Gérard, centre Lacassagne, Nice Palliatifs Traitement Soins Symptôme Diagnostique Cancer : Nbre de cellules Traitement Rechute Rémission Temps Prévention Dépistage Guérison Mort

grâce aux traitements par : Les traitements du cancer en France Pas encore au même niveau en Algérie Taux de survie à 5 ans (2015) 46 %  : hommes 62 %  : femmes 79 %  : enfants grâce aux traitements par  : chirurgie agents physiques ionisants (radiothérapie, curiethérapie, …) non ionisants (cryothérapie, ultrasons, micro-ondes, ..) traitements médicaux chimiothérapies hormonothérapies …. Un autre atout majeur: La prévention ( Science des gènes)

Qu’est-ce qu’une cellule cancéreuse ? (point de vue de la physique) Associable: multiplication non contrôlée imperméable aux signaux cellulaires Immortelle: perte du compteur interne (télomère) Dévoreuse d’énergie: appel de vaisseaux sanguins Aventureuse: métastases nerfs Le piège : elle ressemble à une cellule saine peau La Physique élémentaire 

La physique Interactions élémentaires

Les interactions élémentaires Gravitation Non comprise de nos jours Masse mystère Graviton ? Infinie On reste sur terre Electromagnétisme QED Théorie: OK Charge q Photon identifié Radiothérapie Hadronthérapie Faible Electrofaible Théorie OK, mais! Charge faible W,Z identifiés Très courte Rayons β Forte QCD Théorie OK, mais ! La couleur Le Gluon Confinement

Echelle macroscopie: Transfert d’énergie Réponse: R = S * E matière temps Rayonnement énergie E R Volts Energie E du rayonnement incident entièrement ou en partie absorbée  Transfert d’énergie au milieu irradié Réponse: Charge, courant, tension, lumière  C’est la mesure de dose en physique = énergie cédée Rayonnements: X/γ (particule sans masse)  RADIOTHERAPIE Neutrn, proton, Noyaux atomique: C’est la HADRONTHERAPIE

Effet de l’énergie transférée: Thérapie Sur une cible biologique (pour un physicien) Effet recherché: réparer ou éliminer une céllule déffectueuse Une seule cellule humaine ~ 1014 protons Assez pour faire fonctionner un accélérateur pendant des mois Ionisations atomiques  chimie (bio) Dislocations moléculaires  chimie (bio) effets mécaniques  translations, vibrations, agitations Fragmentations nucléaires des noyaux atomiques

La radiothérapie: Rayons X/γ 8 novembre 1895 : découverte des rayons X par Wilhelm Conrad Röntgen (radio de la main de sa femme) 1896 : première irradiation thérapeutique d’une tumeur de la face par Victor Despeigne … à Lyon ! puis 130 ans de progrès : dose et conformation Production de rayons X par faisceau d’électrons Radiothérapie conformation par multi-incidence ou multifausecau Radiothérapie à modulation d’intensité Mais….. facteurs limitants  : - tolérance des tissus sains - radiorésistance de 5 à 10 % des tumeurs

La Hadronthérapie Hadronthérapie vs Radiothérapie: Ciblage précis en profondeur Efficacité biologique accrue Traitement de volumes complexes

(notamment par cassure des deux brins de l’ADN) Forte efficacité curative des ions carbone En plus de la qualité balistique des hadrons forte dose locale  mort cellulaire (RBE) des cellules radio-résistantes (notamment par cassure des deux brins de l’ADN) 10 – 20 keV/mm

Accélérateur Synchrotron

Centre Médical de Hyōgo (Japon) Traitement par protons et ions carbone Ions Protons & C Irradiations: Horizontal Vertical Oblique Gantry proton

Le centre de Hyogo

Adenoid Cystic Carcinoma of the maxillary sinus (Pr Tsujii, NIRS, Japon)

Ethmoid adenocarcinoma (Pr Tsujii, NIRS Japon)

Malignant Melanoma (NIRS, Japon) before RT

Phase II : Protocol 9602 227 patients (230 tumors) C ions only - 57.6GyE /16 fr. / 4 w. Papillary Adenocarcinoma (13) Malignant Melanoma (76) Adenoid Cystic Carcinoma (62) Adenocarcinoma (25) Squamous Cell Carcinoma (11) TIME IN MONTHS PROBABILITY OF LOCAL CONTROL 77% 74% Mizoe, PTCOG October 2012

Phase II : Protocol 9602 Papillary Adenocarcinoma Malignant Melanoma Adenoid Cystic Carcinoma Adenocarcinoma Squamous Cell Carcinoma TIME IN MONTHS PROBABILITY OF SURVIVAL Mizoe, PTCOG October 2012

Le rational pour la construction d’un centre de Hadronthérapie Gain thérapeutique certain: Tumeurs non opérables et/ou radiorésistantes; Gain en qualité de la vie et en économie. Outil de base pour les recherches en thérapie des cancers avec des particules élémentaires. Outils de recherche innovante en physique Contexte Africain et Mondial.

Un projet générique d'hadronthérapie Accessible par l’Algérie Centre multidisciplinaire de recherche et : Médecine-Biologie et Physique 1aa Accélérateur de type synchrotron Particules : protons, 12C (et autres ions intermédiaires) Débit de dose dans la tumeur : 2 à 4 grays  un temps de traitement de 40 secondes par litre balayage actif maximal de 25 cm x 25 cm  intensités maximum au niveau du patient 8 x 108 ions carbone par déversement 2 x 1010 protons par déversement Traitement: 90 secondes /séance A haut débit: 1 traitement = 90 secondes Capacité de ~2000 Patients par an

Bâtiments

Personnels et coûts d'exploitation Equipe médicale Nombre optimal Médecins 15 Phys. médicaux 12 Dosimetristes 4 Manipulateurs 20 Surveillantes Brancardiers 2 Infirmières 6 Accueil 3 Admin. Scenario de fonctionnement 5 jours travaillés par semaine 44 semaines par an pour le traitement 10 jours fermés pour vacances (fixes ou mobiles) 30 jours pour la maintenance et les tests machine 1 jour = 14 heures (2 shifts) 11 heures : traitement (8 h à 19 h) 30 mn par séance (18000 séances/an/3 salles) 2 heures : réglages et calibration (6 h à 8 h) 1 heure : vérifications après traitements (19 h à 20 h) Equipe technique  : 8 ingénieurs et 10 techniciens (minimum) Coût du fonctionnement technique  : 2,5 M€ ( France) Coût des salaires des personnels techniques et médicaux : 4,5 M€ (France)

Résultats d’une enquête Incidences des indications potentielles Thèse doctorat du Dr. Pascal Pommier, CLB Résultats d’une enquête France: 60 M. d’habitants ~ 150 000 nouveaux cas radiothérapie/an idem pour l'Algérie avec 40 M. d’habitants Indications pour l’hadronthérapie: 18 000 patients (12%) Indications explicite12C: 7500 (5%)

€ / $ Coûts Scénario de fonctionnement ETOILE ~ 1000 patients par an 220 jours/an ; 14 heures /jour (2 services) ~ 1000 patients par an Hypothèses: une dizaine de sessions avec ~30 min/session Coûts ( Norme France) Investissement: ~ 120 M€ Fonctionnement: ~ 20 M€ / an Données NIRS Japon Coût moyen d’un traitement ~ 21000 € Côut moyen par session 1600 €

Impact sur les Recherches et Formation associées Clinique - Épidémiologie et recrutement - Essais cliniques Radiobiologie - Modélisation des interactions ions légers/matière vivante - Mesures de tolérance et de sensibilité tissulaires - Mécanismes de radiorésistance Imagerie et conduite du traitement - Suivi des tumeurs d’organes en mouvement - Imagerie TEP en ligne - Planimétrie de traitement - Dosimétrie et contrôle qualité Économie - Économie de la santé

Les centres d’Hadronthérapie en Europe Avec ions Carbone Allemagne (Darmstadt, expérimental) depuis 2008 Allemagne (Heidelberg) 2012 Allemagne (Marburg – Hôpital privé 2016 Italie (Pavie) 2014 Autriche (Baden –Vienne) 2012 France (Lyon et Caen) 2018 Suède (Karolinska, Stockholm) 2016 Belgique / Hollande ../.. 2018 Coordination par le réseau européen ENLIGHT

Recherches en Algérie en relation avec l’Hadronthérapie Plans Etat / Partenariat Industries et/ou Privés: Aboutir à Equipes compétitives à l’échelle mondiale Accélérateurs et contrôle machine Technologies et Instrumentations en Imagerie temps réel Radiobiologie et mécanisme de mort cellulaires Traitements des organes en mouvements Informatique associée Economie et statistique Réseau de recrutement des patients Actuellement Transposition et Transfert Europe<->Algérie faisable

Tests sur faisceau et réalisation de prototypes de pointe Faire de l’Hadronthérapie un Nano scalpel dans les mains du clinicien

Mécatronique: Instruments pour études sur le petit animal

L’Imagerie temps réel pour l’Hadronthérapie

Citation Edouard Brézin (Demain la physique, mars 2004) « Aujourd’hui, le véritable défi est de faire travailler ensemble des physiciens, des ingénieurs, des informaticiens, des chimistes, des biologistes et des médecins » Et ca serait idéal si cela se faisait en Algérie ….. Et pour une dans notre belle région la Kabylie Madjid Boutemeur.