Grâce à une nouvelle technologie d’imagerie et de détecteurs, Protonica, start-up de l’EPFL et du CSEM, vise à rendre la protonthérapie - un traitement anticancéreux très précis - plus efficace et plus rapide, ce qui permet de réduire les coûts.
La protonthérapie, une forme de radiothérapie utilisant des protons plutôt que des rayons X, est connue pour sa capacité à cibler les tumeurs à l’intérieur du corps humain avec une précision submillimétrique tout en épargnant les tissus sains environnants, réduisant ainsi le risque d’effets secondaires et de développement d’un deuxième cancer. Malgré ses avantages - notamment pour les tumeurs pédiatriques ou proches d’organes sensibles - le déploiement de cette technologie est marqué par une forte inertie liée aux investissements importants, à la sensibilité des équipements, ainsi qu’à l’expertise et aux indications remboursées encore limitées. En Suisse, seule une poignée de personnes accède chaque année à cette thérapie centralisée au Paul Scherrer Institut (PSI). Protonica, spin-off issu de l’EPFL et du CSEM, développe un système de contrôle du faisceau de protons combinant précision et rapidité tout en gardant un prix compétitif avec pour objectif d’accélérer la l’utilisation de cette technique. L’entreprise compte bien profiter de l’arrivée de la technologie FLASH, un nouveau protocole de traitement qui passe par une irradiation ultrarapide très intense pour imposer son dispositif, puisqu’il deviendrait essentiel.
Notre technologie permet d’optimiser en même temps la résolution, spatiale et temporelle, et la sensibilité, tout en étant conçue pour être remplacée facilement lorsque le détecteur est endommagé par les radiations, réduisant ainsi les temps d’arrêt et optimisant les coûts d’opération.
Benoit Truc, cofondateur de Protonica
Des mesures plus précises qui permettent une vérification en temps réel
La protonthérapie actuelle utilise un faisceau de protons pour irradier les tissus tumoraux. Ces particules chargées ont l’avantage de libérer leur dose maximale précisément au sein de la tumeur. Elles sont libérées de manière très ciblée grâce à un faisceau très fin qui la balaie point par point et couche par couche. Un accélérateur de particules, dont la taille est inversement proportionnelle aux particules qu’il libère, génère des protons à haute énergie atteignant jusqu’à 60% la vitesse de la lumière. Le faisceau est dirigé par des aimants à travers des conduites sous vide jusqu’à la salle de traitement. Afin de garantir la qualité et la sécurité de l’irradiation, deux systèmes de surveillance sont mobilisés en parallèle. L’un est chargé du diagnostic du faisceau : il surveille l’état et les performances de l’accélérateur. L’autre contrôle et ajuste la dose d’irradiation juste avant qu’elle n’atteigne le patient. C’est sur ces deux niveaux de contrôle qu’intervient la jeune pousse.
Les instruments mesurent la position, la forme et l’intensité du faisceau en le faisant traverser une grille spéciale permettant un quadrillage qui en extrait ses propriétés. «Les détecteurs actuels ne parviennent pas à combiner une haute résolution spatiale et temporelle avec une grande sensibilité, ce qui limite les capacités du faisceau. Notre technologie permet d’optimiser les deux tout en étant conçue pour être remplacée facilement lorsque le détecteur est endommagé par les radiations, réduisant ainsi les temps d’arrêt et optimisant les coûts d’opération», explique Benoit Truc, cofondateur de Protonica avec Veronica Leccese et Michele Caldara.
La technologie développée est testée sur les installations du PSI ainsi qu’au CNAO (Centre national pour l’hadronthérapie oncologique), son homologue italien. Elle repose sur un détecteur en résine scintillante microstructurée en canaux extrêmement fins qui produit de minuscules éclairs de lumière lorsqu’il est traversé par les protons. Un système d’électronique, associé à des algorithmes dédiés, transforme ces signaux en informations d’une précision et d’une rapidité inédite sur le faisceau, telles que sa forme et sa position. « La structure micrométrique du détecteur offre une résolution spatiale 3 à 10 fois supérieure à celle des solutions existantes, ainsi qu’un taux de surveillance 4000 à 10’000 fois plus rapide, permettant jusqu’à 4000 acquisitions par seconde », souligne le cofondateur.
Un avantage considérable pour la technologie FLASH
Des scientifiques de plusieurs institutions et hôpitaux suisses testent actuellement la technique FLASH qui a fait ses preuves pour un traitement de surface avec des électrons, mais qui pourrait également faciliter le traitement de tumeurs situées à l’intérieur du corps humain en utilisant des protons. Cette modalité expérimentale vise à délivrer une dose de rayonnement extrêmement élevée en un seul éclair. Au lieu de plusieurs semaines de séances, un patient pourrait être traité en seulement une à cinq rendez-vous. Le PSI et le CNAO explorent actuellement les aspects physiques, biologiques et techniques avant que cette approche ne puisse devenir un traitement clinique qui pourrait non seulement améliorer le confort des patients, mais aussi l’efficacité des centres de soins. Le système de détection en temps réel de Protonica pourrait devenir un maillon essentiel de l’appareil. Pour Benoît Truc, « avec l’arrivée de la thérapie FLASH, la rapidité de l’évaluation de l’intensité, la forme et la direction du faisceau deviennent centrales ».
Le dispositif de la start-up présente un dernier atout : leur système électronique est une innovation dans le monde des détecteurs. Basé sur des microcontrôleurs, il est capable de drastiquement réduire la complexité d’intégration et les coûts, tout en gardant une excellente fiabilité et une haute performance. « Les systèmes électroniques sont généralement très complexes et coûteux, avec de multiples couches. L’usage de microcontrôleurs simplifie cette architecture tout en conservant de hautes performances. Bien que ces composants soient omniprésents, des drones aux appareils électroménagers, c’est une première pour ce type d’instrument. En optimisant le flux de travail, nous favorisons l’adoption plus large des thérapies à particules, rendant ces traitements plus accessibles dans le monde », conclut-il.
Ce spin-off du Laboratoire de microscopie ultrarapide et de diffusion électronique de l’EPFL et du CSEM, dont les graines ont été semées durant le travail de plusieurs doctorats et soutenu par le savoir-faire des ateliers mécaniques, a déjà attiré l’attention. Il vient d’obtenir une bourse Innosuisse d’environ 400’000 francs, ce qui porte à plus d’un million les fonds publics reçus alors qu’il termine à peine son année d’Innogrant de l’EPFL. La start-up fait également partie du programme d’accélération du CSEM, qui ne sélectionne chaque année qu’un maximum de cinq start-up.
