Prix de l'inventeur européen

Cibler les tumeurs avec un but précis

Targeting tumours with precise aim

Yves Jongen, pionnier de la protonthérapie anti-cancéreuse

Pendant de longues décennies, la radiothérapie anti-cancéreuse a été associée à un risque de lésion sévère des cellules saines. Un traitement plus précis, baptisé protonthérapie, a été introduit dans la pratique clinique par l'ingénieur Yves Jongen, de l'Université Catholique de Louvain, en Belgique.

Entrepreneur et inventeur, cet homme de 65 ans fonda en 1986 l'entreprise mondiale Ion Beam Applications (IBA) avec pour but de commercialiser son cyclotron générateur de protons et de le vendre aux centres de traitement et aux hôpitaux du monde entier. À ce jour plus de 96 000 patients ont été traités par protonthérapie.

Lutter contre la pandémie de cancer

Le nombre de cas de cancer ne cesse d'augmenter dans le monde : plus de 13 millions ont été signalés en 2012. À cause de cette pandémie, nous aurons de plus en plus besoin de traitements efficaces et par-dessus tout plus sûrs.

La radiothérapie reste l'une de nos armes les plus puissantes dans la lutte contre le cancer. Plus de la moitié des patients cancéreux sont traités par des doses élevées de rayons X pendant leur cancer.

Les rayons X tuent les cellules en détruisant l'ADN qu'elles contiennent. Ils arrêtent la réplication des cellules cancéreuses mais endommagent aussi les tissus normaux se trouvant sur leur trajectoire, ce qui peut avoir des conséquences fatales. Depuis les débuts de la technologie des rayons X, à la fin des années 1800, les médecins ont été contraints de soupeser ses inconvénients et ses avantages.

Les protons, une solution plus bénigne

Dans leur recherche d'une solution qui permettrait de remplacer la diffusion relativement imprécise des rayons X, les scientifiques se sont rapidement concentrés sur les protons. Sur le plan chimique, les protons sont des atomes d'hydrogène débarrassés de leurs électrons.

Les protons peuvent être produits dans des accélérateurs de particules énormes, tels le « cyclotron » inventé et construit en 1932 par Ernest Lawrence à l'Université de Californie, à Berkeley. Dès 1946, le physicien américain Robert R. Wilson proposait d'utiliser les accélérateurs de particules pour la radiothérapie.

Yves Jongen avait compris que les cyclotrons devaient être construits à une échelle réduite et commercialisés à un prix moins élevé pour pouvoir modifier la pratique clinique.

La précision des protons - à un coût élevé

Comme l'ont découvert les scientifiques, les protons permettent de cibler de manière contrôlée les sites tumoraux, grâce au phénomène physique connu sous le nom de pic de Bragg : lorsque les protons sont projetés dans l'espace, ils concentrent toute leur énergie destructrice au « sommet » de leur trajectoire, en un emplacement contrôlé.

En outre, les protons présentent une masse relativement élevée et ont de ce fait moins tendance à se disperser vers les côtés lorsqu'on dirige le faisceau vers un tissu du corps. Alors que les rayons X se dispersent et perdent de leur intensité lorsqu'ils traversent le corps, les faisceaux de protons peuvent être dirigés avec précision pour être concentrés presque entièrement sur le site tumoral.

Les premiers essais cliniques menés avec des protons ont été encourageants, tout particulièrement s'agissant de tumeurs situées dans des endroits délicats, tels que le cerveau ou les yeux. Toutefois, un problème restait à résoudre. Le prix des accélérateurs de particule s'élève à plusieurs millions d'euros et, dans les années 1970, les accélérateurs n'étaient disponibles que dans quelques laboratoires de recherche.

Cela s'expliquait principalement par la taille importante des accélérateurs, qui ne pouvaient de ce fait être installés que dans des locaux de la taille d'un petit gymnase, comme le grand collisionneur de hadrons du centre européen de recherche nucléaire (CERN).

Un changement dans les professions médicales

C'est là qu'intervint Yves Jongen, ingénieur de l'Université Catholique de Louvain (UCL) en Belgique. Autour de 1975, Jongen et son collègue André Wambersie décidèrent de construire un accélérateur de particules spécifiquement conçu pour une utilisation clinique.

Jongen était suffisamment réaliste pour avoir compris que les cyclotrons devaient être construits à une échelle réduite et commercialisés à un prix moins élevé pour pouvoir modifier la pratique clinique. En tant que directeur du centre de recherche du cyclotron de Louvain, il fut à l'origine de progrès importants dans l'amélioration de la conception de ces machines, tout en réussissant à traiter des cancers tels que le mélanome oculaire et le médulloblastome, une tumeur du système nerveux central affectant principalement des enfants.

Pour encourager la collaboration scientifique dans ce nouveau domaine d'étude, Jongen assiste systématiquement à toutes les rencontres et symposiums internationaux, y compris ceux du PTCOG (Particle Therapy Co-Operative Group) Au fil des ans, il devait signer plus de 200 publications au sujet de la technologie des accélérateurs de particule.

En 1986, Jongen avait suffisamment avancé dans la conception du nouveau cyclotron pour créer une entreprise autour de son invention : Ion Beam Applications (IBA), en Belgique.

Transfert en pratique clinique

En 1986, Jongen avait suffisamment avancé dans la conception du nouveau cyclotron pour créer une entreprise autour de son invention : Ion Beam Applications (IBA), en Belgique. Dès le départ, son objectif était de construire des équipements de protonthérapie spécifiquement conçus pour les cliniques.

Il fut récompensé de ses efforts en 1994, année où l'hôpital général du Massachusetts (MGH, Massachusetts General Hospital) commanda un cyclotron à IBA. En 2005, l'entreprise avait conclu 14 contrats supplémentaires, tandis que la protonthérapie devenait progressivement un traitement de remplacement de la radiothérapie traditionnelle, significativement plus sûr que cette dernière.

Les avantages de la protonthérapie firent fureur dans la communauté médicale. Grâce à elle, les patients sont exposés à 70 % de rayonnement en moins qu'avec la radiothérapie et des études indiquent que les protons s'associent à un risque 50 à 80 % inférieur de cancers secondaires liés au rayonnement comparativement à la radiothérapie.

Offrir cette technologie à un prix abordable

En 1997, Jongen fut nommé Entrepreneur de l'année par le magazine Trends-Tendances pour ses efforts en faveur de la commercialisation de la protonthérapie. Néanmoins, il lui restait un défi à relever : en effet, les installations de protonthérapie coûtaient toujours environ 100 millions d'euros l'unité, et le coût de traitement avoisinait les 100 000 euros par patient - quatre fois plus qu'une radiothérapie classique.

En 2007, l'équipe de Jongen au sein d'IBA mettait sur le marché un nouveau système de protonthérapie compact, destiné aux hôpitaux, pouvant être installé dans une simple pièce, et à un prix bien plus bas - 24 millions d'euros environ. Ce système permettait en outre de traiter 500 patients par an. Le nouveau système permettait aussi des économies d'énergies énormes : il ne consommait que 7 kW pour 100 kW consommés par les cyclotrons classiques.

Grâce à un effort constant d'innovation, avec l'obtention de plus de 326 brevets à ce jour, IBA est devenu leader sur le marché de la protonthérapie, avec 60 % du marché mondial et un bénéfice de 400 millions d'euros en 2012.

En septembre 2012, 39 centres de protonthérapie étaient en activité dans le monde. Plus de 20 sont actuellement en cours de construction et 96 000 patients ont été traités par protonthérapie à ce jour.

Après toute une vie de réussites, Yves Jongen est loin de s'endormir sur ses lauriers. À 65 ans, il continue à améliorer le développement de cyclotrons au sein de son entreprise IBA, où il est responsable principal de la recherche. Il a reçu le prix Georges Vanderlinden de l'Académie Royale de Belgique et continue à travailler pour que les bénéfices de la protonthérapie, arme puissante de la lutte mondiale contre le cancer, soient offerts à des patients toujours plus nombreux.


Comment ça marche ?

Les protons sont bien adaptés à la radiothérapie car on peut cibler leur action à une profondeur contrôlée à l'intérieur du corps. Le point de convergence peut être déterminé au millimètre près par régulation de l'intensité d'énergie du faisceau.

Les faisceaux de protons libèrent la plus grande part de leur énergie sur les quelques derniers millimètres de leur trajectoire, ce qui permet aux physiciens de cibler avec précision un site tumoral. Au contraire, l'énergie des faisceaux de rayon X décroît exponentiellement à mesure qu'ils traversent le corps et doivent donc être administrés avec une dose d'entrée supérieure.

Un accélérateur de particules cyclotron tel que celui inventé par Yves Jongen accélère des particules chargées à une vitesse maximale correspondant à la moitié de la vitesse de la lumière à travers un champ magnétique. Pour cela, il utilise un aimant résistif à champ stationnaire et une tension alternative provenant de deux électrodes en forme de D (baptisées « dees ») à l'intérieur d'une chambre de vide. L'énorme aimant contenu dans le cyclotron de Jongen's - y compris dans la série Proteus - a un diamètre de 4,34 mètres, est haut de 2,1 mètre et pèse 220 tonnes.

Les cyclotrons conçus pour la protonthérapie créent des protons dans une plage de 70 à 250 MeV (méga électron volts). En ajustant le niveau d'énergie pendant les sessions de traitement, les médecins peuvent maximiser la puissance du faisceau de protons précisément sur le site de la tumeur en limitant l'exposition des tissus voisins.

Bien loin de s’endormir sur ses lauriers, Jongen continue à améliorer le développement de cyclotrons au sein de son entreprise IBA, où il est responsable principal de la recherche.

L'essor de la protonthérapie

Les premières sessions de protonthérapie destinées à des patients cancéreux ont eu lieu au laboratoire de radiation de Berkeley, en 1954. En 1990, le premier centre de protonthérapie clinique au monde a commencé à traiter des patients, dans le Centre médical de l'Université Loma Linda (LLUMC), en Californie.

La protonthérapie est particulièrement bien adaptée au traitement de tumeurs situées dans des endroits sensibles, lorsque les lésions des tissus voisins doivent être minimales, comme les tumeurs oculaires. D'ailleurs, certains centres de protonthérapie sont entièrement dédiés au traitement des tumeurs oculaires.

Pendant plus d'une décennie, on a compté moins de cinq centres au monde, mais grâce aux efforts d'Yves Jongen, il y a aujourd'hui 39 centres de protonthérapie en activité et plus de 20 en construction. À ce jour plus de 96 000 patients ont été traités par protonthérapie.

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