Modélisation biophysique des effets radiosensibilisants des nanoparticules
Résumé
L’enjeu majeur de la radiothérapie est de concentrer la dose d’irradiation dans les cellules cancéreuses tout en épargnant au mieux les cellules saines. Parmi les stratégies envisagées, l’utilisation de radiosensibilisants vise à amplifier les effets destructeurs de dose dans la tumeur. Les nanoparticules de métaux lourds tels que l’or, le gadolinium, sont des radiosensibilisants particulièrement prometteurs. Si leur effets radiosensibilisants sont étudiés depuis quelques dizaines d'années, l’origine de ce phénomène est encore mal connue et peu quantifiée.
La littérature suggère que les radiations généreraient un effet physique appelé cascade Auger. Cet effet aurait pour conséquence de déposer davantage de dose, amplifiant les dommages cellulaires critiques par cassure directe de molécules sensibles (ADN) ou par boost de radicaux libres. Ces effets sont produits à des échelles nanométriques et dans des temps extrêmement courts (10-15 à 10-12 seconde) mais ont des conséquences à échelle du patient.
Parce que ces processus physico-chimiques ne sont pas observables, l’outil de simulation est indispensable pour mieux comprendre les processus initiaux. Notre objectif est dans un premier temps de développer une simulation permettant de calculer les distributions spatiales de dose et de radicaux libres autour des nanoparticules et de quantifier le boost induit. Dans un second temps, nous injecterons ces résultats dans le modèle Nanox, développé dans le cadre de l’optimisation de soin par hadronthérapie, pour traduire ces effets en termes d’augmentation de dose biologique et de mort cellulaire.
Ces deux étapes feront l’objet d’une confrontation avec des données expérimentales pour évaluer la qualité des modèles et de la pertinence des scénarios proposés dans la littérature. L’objectif final serait de guider le développement des nanoparticules et si possible d’aider à la planification clinique de traitements radiothérapeutiques basés sur les nanoparticules.