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18 juillet 2017

Chirurgie, imagerie et radiothérapie : trois disciplines et une direction

La chirurgie et la radiothérapie sont les approches curatives les plus anciennes qui soient proposées contre les cancers. Aujourd’hui, l’imagerie médicale tend à faire converger ces deux disciplines, qui partagent ainsi des questions techniques et scientifiques, des outils de recherche et de traitement, mais aussi des résultats… et offrent de nouvelles perspectives pour les patients !

400 000
patients ont reçu
des soins de chirurgie oncologique en 2015
204 471
patients traités
par radiothérapie
en 2015

C’est une véritable rencontre que la Fondation ARC et l’Institut hospitalo-universitaire (IHU) de Strasbourg (dont la Fondation ARC est membre fondateur), ont souhaité organiser en mars dernier.

D’un côté la chirurgie mini-invasive guidée par l’image, dont l’IHU de Strasbourg est un leader au niveau international et de l’autre, la radiothérapie, qui connait elle aussi des innovations radicales depuis plusieurs années. Selon les différents experts qui ont pu intervenir lors de cette journée – médecins, chercheurs ou ingénieurs – la convergence concerne toutes les dimensions du développement de ces deux disciplines : des progrès de l’instrumentation (miniaturisation, robotique, guidage assisté…) à l’interprétation de données en masse (les « big-data ») en passant par l’exploitation optimale de l’imagerie, qui aide à planifier et à réaliser le geste thérapeutique...

Vers une cartographie 3D des patients

Qu’il s’agisse d’une ablation de la tumeur ou d’une irradiation, la précision du geste est la clé. Les indications qui permettent au chirurgien ou au radiothérapeute de s'assurer qu’il agit sur la totalité de la tumeur tout en préservant au mieux les tissus sains font l'objet de recherches intensives. Les techniques d'imagerie médicale jouent évidemment un rôle majeur lors du diagnostic et, de plus en plus, pendant l’acte thérapeutique lui-même. Echographie, radiographie, imagerie par résonnance magnétique… chaque outil repose sur une technologie bien particulière et permet de capter certains signaux. Une oreille humaine ne perçoit pas certains sons et n’est pas faite pour distinguer les couleurs ! Ainsi, en fonction de l’outil utilisé, le médecin ne verra que certaines propriétés de la tumeur et de son environnement. L’échographie, par exemple, a tendance à surestimer le volume tumoral alors que le scanner en révèle une image plus réduite…

Aujourd’hui, grâce à une connaissance plus fine de ces « biais » et à la mise au point de techniques de combinaison des différentes données, ingénieurs et médecins parviennent à caler leurs images pour en faire une synthèse, la plus précise, la plus proche possible de la réalité et la plus riche possible en informations. Il en ressort une description des volumes de la tumeur et des organes qui l’entourent, une véritable cartographie en trois dimensions du patient.

3D, 4D, 5D, xD…

Et la description des tumeurs ne s’arrête pas là ! Une dimension temporelle s’ajoute en effet aux trois dimensions « spatiales » de l’imagerie : non seulement les examens peuvent être répétés à intervalles réguliers et offrir un outil de suivi bien plus accessible que l’analyse d’échantillons tumoraux, mais les observations peuvent surtout être réalisées en temps réel, permettant de contrôler, sur un temps court (pendant l’opération ou l’irradiation), les « déplacements » de la tumeur, liés notamment à la respiration.

Une quatrième dimension, donc, qui évolue déjà puisque la modélisation des tumeurs dans leur environnement s’enrichit de nombreuses autres données. Il est désormais possibles de visualiser les régions privées d’oxygène, dites « hypoxiques », certaines approches d’IRM permettent d’identifier les zones tumorales où l’activité métabolique est plus intense, les zones d’inflammation ou de mobilisation locale du système immunitaire… Un des enjeux actuel réside d’ailleurs dans l’identification de biomarqueurs capables de mettre en lumière (littéralement) ces différents paramètres. Dans cette quête de biomarqueurs, une piste de recherche émergeante s’appuie sur l’analyse des « big data » issues des examens d‘imagerie, et leur mise en relation avec des informations biologiques et cliniques. Un pan entier de recherche, que les chercheurs appellent la radiomique. Bref, aux quatre dimensions spatio-temporelles s’ajoutent progressivement autant de dimensions biologiques qu’il faut pour décrire le comportement d’une tumeur !

Pour une meilleure précision

S’appuyant sur ces nouvelles techniques d’imagerie capables d’intégrer une quantité considérable d’informations diverses, les équipes de l’IHU de Strasbourg ont développé des outils de réalité augmentée pour guider les gestes des chirurgiens. Pendant l’opération, les données d’imagerie se surimposent à la vision, bien réelle, que le chirurgien a de son patient. Certains détails sont ainsi rendus visibles (proximité du réseau sanguin, bordures de la tumeur…) et améliorent la précision du geste.

De leur côté, les radiothérapeutes tirent profit de cette cartographie multidimensionnelle pour planifier et réaliser l’irradiation. Par la maîtrise précise de la position de la tumeur et de sa forme, et grâce à la convergence de plusieurs faisceaux provenant de multiples sources réparties autour du patient, il est possible d’envisager la construction d’une irradiation dont la forme est maitrisée, non pas en deux dimensions – les radiothérapeutes parlaient jusqu’à présent de « dose-painting » – mais bien en trois dimensions (« dose scultping »). Il devient ainsi réaliste de réduire l’irradiation non désirée d’organes sensibles proches de la tumeur. Et quand l’appareillage est associé à un suivi en direct du déplacement de la tumeur (lié à la respiration du patient), la sculpture peut s’animer et suivre ces déplacements ou encore « clignoter » pour n’irradier la zone prévue que quand la tumeur y passe.

Si tous ces développements font déjà partie de la pratique dans certains blocs opératoires ou centres de radiothérapie dont l’équipement le permet, d’autres en sont à des stades plus expérimentaux. L’équipe belge du Pr Vincent Grégoire travaille ainsi à la mise au point de programmes de radiothérapie qui prennent en compte l’hétérogénéité existant au sein même d’une tumeur. Leurs travaux s’appuient sur les données biologiques que l’on peut obtenir avant l’irradiation, grâce aux nouvelles approches d’exploitation de l’imagerie ou, à défaut, par l’analyse directe de biopsies : le degré d’hypoxie ou l’activité métabolique des cellules, en particulier. Mais l’ambition est plus grande et de nombreuses études se penchent sur les relations entre la radiothérapie et l’activation du système immunitaire ou sur les effets des irradiations de différentes intensités, par exemple.

L’ensemble de ces données s’intègrent peu à peu, en fonction de leur degré de validation, dans la planification des chirurgies et des radiothérapies, laissant présager le fait que ces approches thérapeutiques soient, à terme, les plus individualisées qui soient.

La Fondation ARC et l’IHU de Strasbourg
Franck Dufour
Franck Dufour, Directeur
scientifique de la Fondation ARC

« La création de l’Institut Hospitalo-Universitaire de chirurgie guidée par l’image coïncide avec l’évolution qu’a connue notre structure en 2012, lorsque l’association est devenue une Fondation. Nous réorganisions alors notre stratégie scientifique autour notamment d’un objectif principal : améliorer la personnalisation des traitements et accélérer l’accès des patients aux thérapies innovantes. De son côté, le projet de création de l’IHU portait sur le développement d’une chirurgie mini-invasive guidée par l’image, c’est-à-dire sur la mise au point d’outils et de pratiques permettant d’ajuster au mieux le geste chirurgical. Une personnalisation de la prise en charge au plus près de la réalité de chaque patient ! Constatant cette communauté d’objectifs, la Fondation a choisi de devenir membre fondateur de l’IHU et de s’engager financièrement à soutenir des projets émergeant dans ce cadre. À ce jour, ce sont près de 4 millions d’euros qui ont été engagés par la Fondation ARC.

 

En 2012 et 2013, les premiers projets qui nous ont été soumis par l’IHU se focalisaient surtout sur des questions technologiques, nous avons choisi d’en soutenir trois. Puis nous avons engagé une collaboration plus approfondie avec l’IHU, en associant notre conseil scientifique aux réflexions qui ont permis la mise en place du programme « TheraHCC » de recherche translationnelle, qui inclut des aspects plus biologiques. Dans cette dynamique, l’IHU et la Fondation ont souhaité aller encore plus loin et mettre en commun leurs compétences dès l’identification de thématiques porteuses. L’organisation du « Converging Day », en mars 2017, traduit cette volonté de co-construction d’un programme de recherche. Nous avons dédié cette première édition à la convergence entre l’imagerie – notamment telle qu’elle est exploitée en chirurgie – et la radiothérapie. De belles perspectives se sont dégagées et devraient donner naissance à des projets ambitieux. »


Source : INCa, Les cancers en France, Édition 2016.

R. D.