La recherche sur la technologie laser ultrarapide a libéré un nouveau potentiel dans le traitement du cancer en atteignant des niveaux d’accélération des électrons jusqu’à des niveaux de mégaélectronvolts, ce qui promet des progrès dans la radiothérapie FLASH pour des soins plus efficaces, mais nécessite également des pratiques de laboratoire plus sûres en raison des risques accrus d’exposition aux rayonnements.
Une équipe de recherche canadienne de l’INRS fait une découverte qui pourrait accroître l’efficacité de la radiothérapie en oncologie.
La technologie laser ultrarapide offre constamment des avancées inattendues. À première vue, les études dans ce domaine peuvent paraître quelque peu abstraites, mais elles aboutissent souvent à des applications pratiques. Cela est particulièrement évident dans le secteur de la santé, où la technologie est utilisée dans le traitement de cancers spécifiques.
Cette application a été découverte par l’équipe de recherche du Laboratoire de sources de lumière laser avancées (ALLS) de l’Institut national de recherche scientifique (INRS), à la suite de travaux récents dirigés par le professeur et directeur du Centre de recherche en Énergie Matériaux Télécommunications (Centre EMT), François Légaré. Ce travail est le fruit d’une collaboration avec des physiciens médicaux du Centre universitaire de santé McGill (CUSM). L’étude de l’équipe, publiée dans la revue Avis sur les lasers et photoniquesprésente des résultats étonnants qui remettent en question certaines connaissances sur les impulsions laser de forte puissance, connaissances devenues courantes dans la communauté scientifique.
« Pour la première fois, nous avons montré que, dans certaines conditions, un faisceau laser étroitement focalisé dans l’air ambiant peut accélérer des électrons atteignant des énergies de l’ordre du MeV (mégaélectronvolt), du même ordre de grandeur que certains irradiateurs utilisés en radiothérapie pour le cancer », » précise François Légaré, directeur du Centre EMT à l’INRS.
De gauche à droite : Steve MacLean (CTO chez Infinite Potential Laboratories), Sylvain Fourmaux (associé de recherche à l’INRS), François Fillion-Gourdeau (associé de recherche aux Infinite Potential Laboratories), Stéphane Payeur (agent de recherche à l’INRS), Simon Vallières (postdoctorant Chercheur à l’INRS) et François Légaré (directeur du Centre EMT). Crédit : INRS
Il était bien établi que la focalisation d’une impulsion laser d’intensité suffisamment élevée dans l’air ambiant générerait un plasma au point focal. Ce plasma agit comme une source d’électrons qui peuvent être accélérés jusqu’à des énergies allant jusqu’à quelques keV (kiloélectronvolts) au maximum. Jusqu’à récemment, il n’était pas possible d’atteindre des énergies plus élevées dans l’air ambiant, en raison d’une limitation physique.
L’équipe de recherche a pu démontrer que les électrons accélérés dans l’air ambiant peuvent atteindre des énergies de l’ordre du MeV (mégaélectronvolt), soit environ 1 000 fois supérieures à cette limite auparavant insurmontable.
Un meilleur traitement contre le cancer
La percée de l’équipe du Centre EMT de l’INRS ouvre la porte à des avancées majeures en physique médicale. Un bon exemple est la radiothérapie FLASH, une nouvelle approche pour traiter les tumeurs résistantes à la radiothérapie conventionnelle. Il s’agit d’une technique qui peut être utilisée pour délivrer de fortes doses de rayonnement en un temps extrêmement court (des microsecondes plutôt que des minutes). Cela protège mieux les tissus sains autour de la tumeur. Cet effet FLASH est encore mal compris dans la recherche mais semble impliquer une désoxygénation rapide des tissus sains, réduisant leur sensibilité aux rayonnements.
Montage expérimental. Une impulsion laser infrarouge ultracourte est étroitement focalisée dans l’air ambiant, générant de fortes doses de rayonnement ionisant. Crédit : Simon Vallières (INRS)
« Aucune étude n’a pu expliquer la nature de l’effet FLASH. Cependant, les sources d’électrons utilisées en radiothérapie FLASH présentent des caractéristiques similaires à celle que nous avons produite en focalisant fortement notre laser dans l’air ambiant. Une fois la source de rayonnement mieux contrôlée, des recherches plus approfondies nous permettront d’étudier les causes de l’effet FLASH et, à terme, d’offrir de meilleurs traitements de radiothérapie aux patients atteints de cancer », explique Simon Vallières, chercheur postdoctoral et premier auteur de l’étude.
Manipulation plus sûre
Cette découverte a des implications concrètes. Premièrement, cela nécessite une prudence particulière lors de la manipulation de faisceaux laser étroitement focalisés dans l’air ambiant.
« Les énergies électroniques observées (MeV) leur permettent de parcourir plus de trois mètres dans l’air, soit plusieurs millimètres sous la peau. Cela présente un risque d’exposition aux rayonnements pour les utilisateurs de la source laser », explique Simon Vallières.
De plus, en prenant des mesures à proximité de la source, l’équipe a observé un débit de dose de rayonnement élevé d’électrons, trois à quatre fois supérieur à celui utilisé en radiothérapie conventionnelle.
«Découvrir ce risque radiologique est une opportunité de mettre en œuvre des pratiques plus sûres dans les laboratoires», estime Simon Vallières. Le jeune chercheur souligne que la manipulation de faisceaux laser hautement focalisés dans l’air ambiant doit être effectuée avec précaution et que les scientifiques doivent éviter de s’exposer à des doses élevées de rayonnement, car elles sont nocives pour la santé.
L’étude a été financée par le Conseil de recherches en sciences naturelles et en génie du Canada, le Fonds de recherche du Québec – Nature et technologies, l’Alliance de recherche numérique du Canada, la Fondation canadienne pour l’innovation, le ministère de l’Économie et de l’ Innovation et de l’Énergie (MEIE).
