La protonthérapie

Radiation therapy shoots high-energy particles into the body to destroy or damage cancer cells. Over the last century, the technologies used have constantly improved and it has become a highly effective way to treat cancer. However, physicians must still walk a fine line between delivering enough radiation to kill tumors, while sparing surrounding healthy tissue.

La radiothérapie émet des particules de haute énergie dans le corps pour détruire ou endommager les cellules cancéreuses. Au cours du siècle dernier, les technologies utilisées se sont constamment améliorées et elles sont devenues un moyen très efficace de traiter le cancer. Cependant, les médecins doivent encore marcher dans une ligne fine entre la délivrance d'un rayonnement suffisant pour tuer les tumeurs, tout en épargnant les tissus sains environnants.

"Historically, radiation has been a blunt tool," said Matt Vaughn, Director of Life Science Computing at the Texas Advanced Computing Center. "However, it's become ever more precise because we understand the physics and biology of systems that we're shooting radiation into, and have improved our ability to target the delivery of that radiation."

"Historiquement, le rayonnement a été un outil brutal", a déclaré Matt Vaughn, directeur de Life Science Computing au Texas Advanced Computing Center. "Cependant, il est devenu de plus en plus précis parce que nous comprenons la physique et la biologie des systèmes sur lesquels nous tirons le rayonnement et nous avons amélioré notre capacité à cibler la transmission de ces rayonnements".

The science of calculating and assessing the radiation dose received by the human body is known as dosimetry -- and here, as in many areas of science, advanced computing plays an important role.

La science du calcul et de l'évaluation de la dose de rayonnement reçue par le corps humain est connue sous le nom de dosimétrie - et ici, comme dans de nombreux domaines de la science, l'informatique de pointe joue un rôle important.


Improving Radiation Therapy With Real-Time Imaging

Current radiation treatments rely on imaging from computed tomography (CT) scans taken prior to treatment to determine a tumor's location. This works well if the tumor lies in an easily detectable and immobile location, but less so if the area is moving, as in the case of lung cancer.

Les traitements de rayonnement actuels s'appuient sur l'imagerie à partir de tomodensitométries (CT) effectuées avant le traitement pour déterminer l'emplacement d'une tumeur. Cela fonctionne bien si la tumeur se trouve dans un endroit facilement détectable et immobile, mais moins si la région se déplace, comme dans le cas du cancer du poumon.

At the University of Texas MD Anderson Cancer Center, scientists are tackling the problem of accurately attacking tumors using a new technology known as an MR-linac that combines magnetic resonance (MR) imaging with linear accelerators (linacs). Developed by Elekta in cooperation with UMC Utrecht and Philips, the MR-linac at MD Anderson is the first of its kind in the U.S.

Au MD Anderson Cancer Center de l'Université du Texas, les scientifiques s'attaquent au problème de l'attaque précise des tumeurs en utilisant une nouvelle technologie appelée MR-linac qui combine l'imagerie par résonance magnétique (MR) avec des accélérateurs linéaires (linacs). Développé par Elekta en collaboration avec UMC Utrecht et Philips, le MR-linac de MD Anderson est le premier de son genre aux Etats-Unis.

MR-linacs can image a patient's anatomy while the radiation beam is being delivered. This allows doctors to detect and visualize any anatomical changes in a patient during treatment. Unlike CT or other x-ray based imaging modalities, which provide additional ionizing radiation, MRI is harmless to healthy tissue.


Les MR-linacs peuvent imaginer l'anatomie d'un patient alors que le faisceau de rayonnement est livré. Cela permet aux médecins de détecter et de visualiser tout changement anatomique chez un patient pendant le traitement. Contrairement à la CT ou à d'autres modalités d'imagerie à base de rayons X, qui fournissent des rayonnements ionisants supplémentaires, l'IRM est inoffensif pour les tissus sains.

The MR-linac method offers a potentially significant improvement over current image-guided cancer treatment technology. However, to ensure patients are treated safely, scientists must first correct for the influence of the MRI's magnetic field on the measurements used to calibrate the radiation dose being delivered.

La méthode MR-linac offre une amélioration potentiellement significative par rapport à la technologie actuelle de traitement du cancer guidée par image. Cependant, pour s'assurer que les patients sont traités en toute sécurité, les scientifiques doivent d'abord corriger l'influence du champ magnétique de l'IRM sur les mesures utilisées pour étalonner la dose de rayonnement administrée

Researchers use software called Geant4 to simulate radiation within the detectors. Originally developed by CERN to simulate high energy particle physics experiments, the MD Anderson team has adapted Geant4 to incorporate magnetic fields into their computer dosimetry model.

Les chercheurs utilisent un logiciel appelé Geant4 pour simuler le rayonnement dans les détecteurs. Développé à l'origine par le CERN pour simuler des expériences de physique des particules à haute énergie, l'équipe MD Anderson a adapté Geant4 pour intégrer des champs magnétiques dans leur modèle de dosimétrie informatique.

"Since the ultimate aim of the MR-linac is to treat patients, it is important that our simulations be very accurate and that the results be very precise," said Daniel O'Brien, a postdoctoral fellow in radiation physics at MD Anderson. "Geant4 was originally designed to study radiation at much higher energies than what is used to treat patients. We had to perform tests to make sure that we had the accuracy that we needed."

"Étant donné que le but ultime du MR-linac est de traiter les patients, il est important que nos simulations soient très précises et que les résultats soient très précis", a déclaré Daniel O'Brien, un boursier postdoctoral en radiologie chez MD Anderson. "Geant4 a d'abord été conçu pour étudier les rayonnements à des énergies beaucoup plus élevées que ce qui est utilisé pour traiter les patients. Nous avons dû effectuer des tests pour nous assurer que nous avions la précision dont nous avions besoin"


Using the Lonestar supercomputer at the Texas Advanced Computing Center (TACC), the research team simulated nearly 17 billion particles of radiation per detector to get the precision that they needed for their study.

En utilisant le superordinateur Lonestar au Texas Advanced Computing Center (TACC), l'équipe de recherche a simulé près de 17 milliards de particules de rayonnement par détecteur pour obtenir la précision nécessaire à leur étude.


In August 2016, they published magnetic field correction factors in Medical Physics for six of the most-used ionization chamber detectors (gas-filled chambers that are used to ensure the dose delivered from a therapy unit is correct). They are now working on verifying these results experimentally.

En août 2016, ils ont publié des facteurs de correction du champ magnétique dans Physique médicale pour six des détecteurs de chambre d'ionisation les plus utilisés (les chambres remplies de gaz qui sont utilisées pour assurer la dose délivrée par une unité de thérapie sont correctes). Ils travaillent maintenant à vérifier ces résultats expérimentalement.


"The MR-linac is a very promising technology but it also presents many unique challenges from a dosimetry point of view," O'Brien said. "Over time, our understanding of these effects has improved considerably, but there is still work to be done and resources like TACC are an invaluable asset in making these new technologies safe and reliable."

"Le MR-linac est une technologie très prometteuse, mais il présente également de nombreux défis uniques du point de vue de la dosimétrie", a déclaré O'Brien. «Au fil du temps, notre compréhension de ces effets s'est considérablement améliorée, mais il reste encore du travail à faire et les ressources comme TACC sont un atout précieux pour rendre ces nouvelles technologies sûres et fiables».

"Our computer simulations are important because their results will serve as the foundation to extend current national and international protocols to perform calibration of conventional linacs to MR-linacs," said Gabriel Sawakuchi, assistant professor of Radiation Physics at MD Anderson. "However, it is important that our results be validated against measurements and independent simulations performed by other groups before used clinically."

"Le MR-linac est une technologie très prometteuse, mais il présente également de nombreux défis uniques du point de vue de la dosimétrie", a déclaré O'Brien. «Au fil du temps, notre compréhension de ces effets s'est considérablement améliorée, mais il reste encore du travail à faire et les ressources comme TACC sont un atout précieux pour rendre ces nouvelles technologies sûres et fiables».


(The project was partially funded by Elekta, a Swedish company that provides radiation therapy equipment and clinical management for the treatment of cancer and brain disorders.)

(Le projet a été partiellement financé par Elekta, une entreprise suédoise qui fournit un équipement de radiothérapie et une gestion clinique pour le traitement du cancer et des troubles du cerveau).

Proton Therapy Planning

X-ray radiation is the most frequently used form of high-energy treatment, but a new treatment is emerging that uses a beam of protons to deliver energy directly to the tumor with minimal damage to surrounding tissues and without the side effects of x-ray therapy.

Le rayonnement X est la forme la plus fréquemment utilisée de traitement à haute énergie, mais un nouveau traitement émerge qui utilise un faisceau de protons pour délivrer de l'énergie directement à la tumeur avec un endommagement minimal des tissus environnants et sans les effets secondaires la thérapie des rayons X

Like x-ray radiation, proton therapy blasts tumors with beams of particles. But whereas traditional radiation uses photons, or focused light beams, proton therapy uses ions -- hydrogen atoms that have lost an electron.

Comme le rayonnement radiologique, la thérapie de proton attaque les tumeurs avec des faisceaux de particules. Mais alors que le rayonnement traditionnel utilise des photons ou des faisceaux lumineux focalisés, la thérapie par protons utilise des ions - des atomes d'hydrogène qui ont perdu un électron.

Proton beams have a unique physical characteristic known as the 'Bragg peak' that allows the greatest part of its energy to be transferred to a specific area within the body, where it has maximum destructive effect. X-ray radiation, on the other hand, deposits energy and kills cells along the whole length of the beam. This can lead to unintended cell damage and even secondary cancer that can develop years later.

Les faisceaux de proton ont une caractéristique physique unique connue sous le nom de «pic de Bragg» qui permet de transférer la plus grande partie de son énergie dans une zone spécifique du corps, où elle a un effet destructif maximal. Le rayonnement X, d'autre part, dégage de l'énergie et tue les cellules sur toute la longueur du faisceau. Cela peut entraîner des lésions cellulaires involontaires et même un cancer secondaire qui peut se développer des années plus tard.

In comparison with current radiation procedures, proton therapy saves healthy tissue in front of and behind the tumor. Since the patient is irradiated from all directions and the intensity of beams can be well modulated, the method provides further reduction of adverse effects.

En comparaison avec les procédures de radiothérapie actuelles, la thérapie au proton sauve des tissus sains devant et derrière la tumeur. Étant donné que le patient est irradié de toutes les directions et que l'intensité des faisceaux peut être bien modulée, la méthode permet de réduire davantage les effets indésirable

Proton therapy is particularly effective when irradiating tumors near sensitive organs -- for instance near the neck, spine, brain or lungs -- where stray beams can be particularly damaging.

La thérapie au proton est particulièrement efficace lors de l'irradiation de tumeurs près d'organes sensibles - par exemple près du cou, de la colonne vertébrale, du cerveau ou des poumons - où les rayons parasites peuvent être particulièrement néfastes.

Medical physicists and radiation oncologists from Mayo Clinic in Phoenix, Arizona in collaboration with MD Anderson researchers, recently published a series of papers describing improved planning and use of proton therapy.

Les physiciens médicaux et les oncologues de radiothérapie de Mayo Clinic à Phoenix, en Arizona, en collaboration avec des chercheurs de MD Anderson, ont récemment publié une série de documents décrivant une planification améliorée et l'utilisation de la protonthérapie.

Writing in Medical Physics in January 2017, they showed that in the three clinical cases included in this study, their chance-constrained model was better at sparing organs at risk than the current method. The model also provided a flexible tool for users to balance between plan robustness and plan quality and was found to be much faster than the commercial solution.

Dans le cadre de la Physique médicale en janvier 2017, ils ont montré que dans les trois cas cliniques inclus dans cette étude, leur modèle contraint par le hasard était meilleur dans les organes épargnants à risque que la méthode actuelle. Le modèle a également fourni un outil flexible pour que les utilisateurs équilibrent la robustesse du plan et la qualité du plan et s'est avéré être beaucoup plus rapide que la solution commerciale.

The research used the Stampede supercomputer at TACC to conduct computationally intensive studies of the hundreds of factors that go into maximizing the effectiveness of, and minimizing the risk and uncertainties involved in, these treatments.

La recherche a utilisé le superordinateur de Stampede à TACC pour mener des études intensives en calcul des centaines de facteurs qui permettent de maximiser l'efficacité et de minimiser les risques et les incertitudes impliqués dans ces traitements.

Proton therapy was first developed in the 1950s and came into mainstream in the 1990s. There are currently 12 proton therapy centers nation-wide and the number is growing. However, the cost of the proton beam devices -- $200 million dollars, or 30 to 50 times more expensive than a traditional x-ray system -- means they are still rare. They are applied only in cases that require extra precision and doctors must maximize their benefit when they are used.

La thérapie au proton a d'abord été développée dans les années 1950 et est entrée en fonction dans le courant dominant dans les années 1990. Il existe actuellement 12 centres de thérapie de protons à l'échelle nationale et le nombre augmente. Cependant, le coût des appareils à faisceau de protons - 200 millions de dollars, ou 30 à 50 fois plus cher qu'un système traditionnel de rayons X - signifie qu'ils sont encore rares. Ils ne sont appliqués que dans des cas nécessitant une précision supplémentaire et les médecins doivent maximiser leur bénéfice lorsqu'ils sont utilisés.

Mayo Clinic and MD Anderson operate the most advanced versions of these devices, which perform scanning beam proton therapy and are able to modulate the intensity of the beam. Wei Liu, one of the lead proton therapy researchers at Mayo Clinic, likens the process to 3-D printing, "painting the tumor layer by layer." However, this is accomplished at a distance, through a protocol that must be planned in advance.

Mayo Clinic et MD Anderson exploitent les versions les plus avancées de ces appareils, qui exécutent une thérapie par protons à balayage et sont capables de moduler l'intensité du faisceau. Wei Liu, l'un des principaux chercheurs en thérapie au proton à Mayo Clinic, compare le processus à l'impression 3-D, "peignant la couche tumorale par couche". Cependant, cela se fait à distance, par un protocole qui doit être planifié à l'avance.

The specificity of the proton beam, which is its greatest advantage, means that it must be precisely calibrated and that discrepancies from the ideal must be considered. For instance, hospital staff situate patients on the operating surface of the device, and even placing a patient a few millimeters off-center can impact the success of the treatment.

La spécificité du faisceau de protons, qui est son plus grand avantage, signifie qu'il doit être calibré avec précision et que les divergences de l'idéal doivent être prises en considération. Par exemple, le personnel de l'hôpital situe les patients sur la surface de fonctionnement de l'appareil, et même le placement d'un patient à quelques millimètres hors centre peut influer sur le succès du traitement

Moreover, every patient's body has a slightly different chemical composition, which can make the proton beam stop at a different position from what is intended. Even patients' breathing can throw off the location of the beam placement.

En outre, le corps de chaque patient a une composition chimique légèrement différente, ce qui peut faire en sorte que le faisceau de protons s'arrête à une position différente de ce qui est prévu. Même la respiration des patients peut déplacer l'emplacement du placement du faisceau.

"If a patient has a tumor close to the spinal cord and this level of uncertainty exists, then the proton beam can overdose and paralyze the patient," Liu said.

"Si un patient a une tumeur proche de la moelle épinière et que ce niveau d'incertitude existe, le faisceau de protons peut surdoser et paralyser le patient", a déclaré Liu.

The solution to these challenges is robust optimization, which uses mathematical techniques to generate a plan that can manage and mitigate the uncertainties and human errors that may arise.

La solution à ces défis est l'optimisation robuste, qui utilise des techniques mathématiques pour générer un plan capable de gérer et d'atténuer les incertitudes et les erreurs humaines qui peuvent survenir.

"Each time, we try to mathematically generate a good plan," he said. "There are many unknown variables. You can choose different beam angles or energy or intensity. There are 25,000 variables or more, so generating a plan that is robust to these mistakes and can still get the proper dose distribution to the tumor is a large-scale optimization problem."

"Chaque fois, nous essayons de générer un bon plan mathématiquement", a-t-il déclaré. "Il existe de nombreuses variables inconnues. Vous pouvez choisir différents angles de faisceaux ou de l'énergie ou de l'intensité. Il existe 25 000 variables ou plus, de sorte que générer un plan qui est robuste contre ces erreurs et qui peut encore obtenir la bonne distribution de dose à la tumeur est une grand problème d'optimisation de l'échelle ".

To solve these problems, Liu and his team use supercomputers at the Texas Advanced Computing Center.

Pour résoudre ces problèmes, Liu et son équipe utilisent des superordinateurs au Texas Advanced Computing Center.

"It's very computationally expensive to generate a plan in a reasonable timeframe," he continued. "Without a supercomputer, we can do nothing."

"Il est très coûteux de générer un plan dans un délai raisonnable", at-il poursuivi. "Mais sans un superordinateur, nous ne pouvons rien faire"

Liu has been working on developing the proton beam planning protocols for many years. Leading commercial companies have adopted methods similar to those that Liu and his collaborators developed as the basis for their radiation planning solutions.

Liu a travaillé sur le développement des protocoles de planification du faisceau de protons pendant de nombreuses années. Les entreprises commerciales leaders ont adopté des méthodes similaires à celles que Liu et ses collaborateurs ont développées comme base de leurs solutions de planification radiologique.

Recently, Liu and his collaborators extended their studies to include the uncertainties presented by breathing patients, which they call "4D robust optimization," since it takes into account the time component and not just spatial orientation.

Récemment, Liu et ses collaborateurs ont étendu leurs études pour inclure les incertitudes présentées par la respiration des patients, qu'ils appellent «optimisation robuste 4D», car elle tient compte de la composante temps et pas seulement de l'orientation spatiale.

In the May 2016 issue of the International Journal of Radiation Oncology, they showed that compared to its 3D counterpart, 4D robust optimization for lung cancer treatment provided more robust target dose distribution and better target coverage, while still offering normal tissue protection.

Dans le numéro de mai 2016 de la Revue internationale de radiothérapie oncologie, ils ont montré que, par rapport à leur homologue en 3D, l'optimisation robuste 4D pour le traitement du cancer du poumon offrait une distribution de dose cible plus forte et une meilleure couverture cible tout en offrant une protection normale des tissus.

"We're trying to provide the patient with the most effective, most reliable, and most efficient proton therapy," Liu said. "Because it's so expensive, we have to do the best job to take advantage of this new technology."

"Nous essayons de fournir au patient le traitement de protons le plus efficace, le plus fiable et le plus efficace", a déclaré Liu. "Parce que c'est tellement cher, nous devons faire le meilleur travail pour profiter de cette nouvelle technologie".

(Liu's work is supported by grants from the National Institutes of Health's National Cancer Institute and recently received support from the State of Arizona.)

Le travail de Liu est soutenu par des subventions de l'Institut national du cancer des instituts nationaux de la santé et a récemment reçu un soutien de l'État de l'Arizona.)

Uncovering the Quantum Basis of Proton Cancer Therapy
Découvrir la base quantique de la thérapie contre le cancer du proton

Like many forms of cancer therapy, clinicians know that proton therapy works, but precisely how it works is a bit of a mystery.

Comme de nombreuses formes de traitement du cancer, les cliniciens savent que la protonothérapie fonctionne, mais précisément comment cela fonctionne est un peu mystérieux.

The basic principle is not in question: proton ions collide with water molecules, which make up 70 percent of cells, triggering the release of electrons and free radicals that damage the DNA of cancerous cells. The proton ions also collide with the DNA directly, breaking bonds and crippling DNA's ability to replicate.

Le principe de base n'est pas posé: les ions de protons entrent en collision avec les molécules d'eau, qui représentent 70% des cellules, provoquant la libération d'électrons et de radicaux libres qui endommagent l'ADN des cellules cancéreuses.Les ions de protons entrent également en collision avec l'ADN directement, brisant les liens et incapacitant l'ADN de se reproduire.

Because of their high rate of division and reduced ability to repair damaged DNA, cancerous cells are much more vulnerable to DNA attacks than normal cells and are killed at a higher rate. Furthermore, a proton beam can be focused on a tumor area, thus causing maximum damage on cancerous cells and minimum damage on surrounding healthy cells.

En raison de leur taux élevé de division et de leur capacité réduite à réparer l'ADN endommagé, les cellules cancéreuses sont beaucoup plus vulnérables aux attaques d'ADN que les cellules normales et sont tuées à un taux plus élevé. De plus, un faisceau de protons peut être concentré sur une zone tumorale, ce qui provoque des dégâts maximum sur les cellules cancéreuses et des dommages minimaux sur les cellules saines environnantes.

However, beyond this general microscopic picture, the mechanics of the process have been hard to determine.

Cependant, au-delà de cette image microscopique générale, la mécanique du procédé a été difficile à déterminer.

"As happens in cancer therapy, they know empirically that it works but they don't know why," said Jorge A. Morales, a professor of chemistry at Texas Tech University and a leading proponent of the computational analysis of proton therapy. "To do experiments with human subjects is dangerous, so the best way is through computer simulation."

"Comme c'est le cas dans le traitement du cancer, ils savent empiriquement que cela fonctionne, mais ils ne savent pas pourquoi", a déclaré Jorge A. Morales, un professeur de chimie à la Texas Tech University et un important promoteur de l'analyse informatique de la protonothérapie."Faire des expériences avec des sujets humains est dangereux, de sorte que la meilleure façon est la simulation par ordinateur".

Morales has been running computer simulations of proton-cell chemical reactions using quantum dynamics models on TACC's Stampede supercomputer to investigate the fundamentals of the process. Computational experiments can mimic the dynamics of the proton-cell interactions without causing damage to a patient and can reveal what happens when the proton beam and cells collide from start to finish, with atomic-level accuracy.

Morales a mené des simulations informatiques de réactions chimiques de cellules de protons utilisant des modèles de dynamique quantique sur le superordinateur de Stampede de TACC pour étudier les fondements du processus. Les expériences computationnelles peuvent imiter la dynamique des interactions proton-cellule sans causer de dommages à un patient et peuvent révéler ce qui se produit lorsque le faisceau de protons et les cellules entrent en collision du début à la fin, avec une précision au niveau atomique.

Quantum simulations are necessary because the electrons and atoms that are the basis for proton cancer therapy's effectiveness do not behave according to the laws of classical physics. Rather they are guided by the laws quantum mechanics which involve probabilities of location, speed and reactions' occurrences rather than to the precisely defined versions of those three variables.

Des simulations quantiques sont nécessaires car les électrons et les atomes qui sont à la base de l'efficacité de la thérapie du cancer du proton ne se comportent pas selon les lois de la physique classique. Ils sont plutôt guidés par les lois de la mécanique quantique qui impliquent des probabilités d'occurrence de localisation, de vitesse et de réactions plutôt que des versions précisément définies de ces trois variables.

Morales' studies on Stampede, reported in PLOS One in March 2017, as well as in Molecular Physics, and Chemical Physics Letters (both 2014), have determined the basic byproducts of protons colliding with water within the cell, and with nucleotides and clusters of DNA bases -- the basic units of DNA. The studies shed light on how the protons and their water radiolysis products damage DNA.

Les études de Morales sur Stampede, rapportées dans PLOS One en mars 2017, ainsi que dans Physique moléculaire et Chemical Physics Letters (2014), ont déterminé les sous-produits basiques des protons qui entrent en collision avec l'eau dans la cellule et avec des nucléotides et des grappes des bases d'ADN - les unités de base de l'ADN.
Les études montrent comment les protons et leurs produits de radiolyste à l'eau endommagent l'ADN.


The results of Morales' computational experiments match the limited data from physical chemistry experiments, leading to greater confidence in their ability to capture the quantum behavior in action.

Les résultats des expériences computationnelles de Morales correspondent aux données limitées issues des expériences de chimie physique, ce qui a permis une plus grande confiance dans leur capacité à capturer le comportement quantique en action.

Though fundamental in nature, the insights and data that Morales' simulations produce help researchers understand proton cancer therapy at the microscale, and help modulate factors like dosage and beam direction.

Bien que fondamental dans la nature, les idées et les données que les simulations de Morales produisent aident les chercheurs à comprendre la thérapie de cancer du proton à l'échelle microscopique et aident à moduler des facteurs comme le dosage et la direction du faisceau.

"The results are all very promising and we're excited to extend our research further," Morales said. "These simulations will bring about a unique way to understand and control proton cancer therapy that, at a very low cost, will help to drastically improve the treatment of cancer patients without risking human subjects."

"Les résultats sont tous très prometteurs et nous sommes ravis de poursuivre notre recherche", a déclaré M. Morales. "Ces simulations apporteront une façon unique de comprendre et de contrôler la thérapie du proton contre le cancer qui, à un coût très faible, aidera à améliorer considérablement le traitement des patients cancéreux sans risquer des sujets humains".

An advanced form of image-guided radiation therapy, known as intensity modulated proton therapy (IMPT), has shown early promise for the treatment of recurrent lung cancer, according to University of Texas MD Anderson Cancer Center. Researchers found that after reirradiation with IMPT, the majority of patients were free from local recurrence.

Multidisciplinary Thoracic Cancers Symposium, is the first to analyze reirradiation of thoracic cancers with IMPT and offers a patient population with some curative treatment options.

Lung cancer is the leading cause of cancer death in the U.S. According to the American Cancer Society, more than 222,500 people will be diagnosed and 155,870 will die from the disease in 2017, with recurrence the primary cause of death in these patients.

Jennifer Ho, M.D., resident, Radiation Oncology, and many others.

"Historically, repeat radiation at a higher, curative dose was not possible with older, less precise radiation techniques because the cumulative radiation dose necessary to treat the cancer would cause too much toxicity," said Ho, the study's lead author. "In lung cancer, tumors are close to the esophagus, aorta and spinal cord, and all of these critical structures are vital for the body to function." The proton beam - and pencil beam in particular - provides much more conformal radiation, And the use of doses to reduce the risk of disease.

IMPT, one of the most advanced forms of proton therapy, is based on scanning beam technology that can simultaneously optimize intensities and energies of all pencil beams to deliver a precise dose of protons to tumors, explained Joe Y. Chang, MD, Ph.D. ., Professor, Radiation Oncology.

"The technology has the ability to destroy cancer cells while sparing surrounding healthy tissue from damage.

For the single-institution study, the researchers retrospectively analyzed 27 patients who received IMPT for a lung cancer recurrence between 2011 and 2016. All patients had received a prior thoracic radiation course with curative intent. Of the cohort, 22 (81%) were treated for non-small cell lung cancer. The median time to reirradiation after initial treatment was 29.5 months.

At a median follow-up for all patients of 11.2 months - and 25.9 months for those still alive - the median overall survival (OS) was 18 months, with one year OS at 54 percent. Four patients (15 percent) experienced a local failure (LF), recurrence within the reirradiation field; 78 percent of patients did not experience LF within two years of follow-up. At one year, 61 percent of patients were free from recurrence in the chest and lung, and progression-free survival was 51 percent.

Of particular interest to the researchers, patients who received a higher dose of radiation had local recurrences and improved progression-free survival.

Reirradiation was well-tolerated, with two patients experiencing grade three pulmonary toxicity and none with severe esophageal toxicity. No patients experienced grade four or five toxicities. Historically, reirradiation of the lung was associated with moderate to severe toxicity, even fatal, toxicities in 20 to 30 percent of patients.

"With the advancement of IMPT, we know that we are able to generate more precise radiation treatment plans that spared normal tissue, but we were not sure about this data," said Chang. "While the findings are early, we are hopeful that we can offer more positive outcomes and low toxicity to IMPT patients for recurrence thoracic patients who had previously had some treatment options."

Limitations of the study include its small size and retrospective data. Reirradiation with IMPT in other disease sites is an area of ​​continuing research interest; MD anderson.

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Selon une nouvelle étude de l'Université du Texas MD Anderson Cancer Center, une forme avancée de radiothérapie guidée par image, connue sous le nom de protonthérapie à intensité modulée (IMPT), a montré une promesse précoce pour le traitement du cancer du récurrent. Les chercheurs ont constaté qu'après une seconde irradiation avec IMPT, la majorité des patients étaient exempts de récidive locale un an après le traitement et avaient peu d'effets secondaires sévères.

Les données, présentées au Symposium multidisciplinaire sur les cancers thoraciques de 2017, sont les premières à analyser la ré-irradiation des cancers thoraciques avec IMPT et offrent de l'espoir à une population de patients avec peu d'options de traitement curatif.

Le cancer du poumon est la principale cause de décès par cancer aux États-Unis Selon l'American Cancer Society, plus de 222 500 personnes seront diagnostiquées et 155 870 mourront de la maladie en 2017, la récidive étant la principale cause de décès chez ces patients.

Comme de nombreux patients de cancer du poumon récurrents ne sont pas candidats à la chirurgie, et les taux de réponse à la chimiothérapie de deuxième ligne sont pauvres, il ya eu un intérêt croissant pour la répétition de l'utilisation de rayonnement, a expliqué Jennifer Ho, M.D.

"Historiquement, le renouvellement de la radiothérapie à une dose curative plus élevée n'était pas possible avec des techniques de radiations plus anciennes et moins précises, car la dose cumulative de rayonnement nécessaire pour traiter le cancer causerait trop de toxicité", a déclaré Ho, l'auteur principal de l'étude. «Dans le cancer du , les tumeurs sont proches de l'œsophage, de l'aorte et de la moelle épinière, et toutes ces structures essentielles sont vitales pour le fonctionnement de l'organisme. Signifie des doses plus élevées aux tumeurs et des dosages inférieurs aux structures critiques à proximité.

L'IMPT, l'une des formes les plus avancées de la thérapie protonique, est basée sur la technologie du faisceau de balayage qui peut simultanément optimiser les intensités et les énergies de tous les faisceaux de crayon pour délivrer une dose précise de protons aux tumeurs, a expliqué Joe Y. Chang, MD, Ph.D. ., Professeur, Radiation Oncology.

"La technologie a la capacité de détruire les cellules cancéreuses tout en épargnant les tissus sains environnants de dommages. Par conséquent, des résultats importants de la qualité de vie peuvent être préservés et graves toxicités ont montré pour être réduit", a déclaré Chang.

Pour l'étude sur une seule institution, les chercheurs ont rétrospectivement analysé 27 patients qui ont reçu IMPT pour une récidive du cancer du poumon entre 2011 et 2016. Tous les patients avaient déjà reçu un cours de radiothérapie thoracique avec intention curative. De la cohorte, 22 (81 pour cent) ont été traités pour le cancer du poumon non à petites cellules. Le temps médian de ré-irradiation après le traitement initial était de 29,5 mois.

À un suivi médian pour tous les patients de 11,2 mois - et 25,9 mois pour ceux encore en vie - la survie globale médiane (SG) était de 18 mois, avec un OS année à 54 pour cent. Quatre patients (15%) ont présenté un échec local (LF), une récidive dans le domaine de la ré-irradiation; 78% des patients n'avaient pas de LF au cours des deux premières années de suivi. À un an, 61 pour cent des patients étaient libres de récidive dans la poitrine et le poumon, et la survie sans progression était de 51 pour cent.

Les patients qui ont reçu une dose plus élevée de rayonnement ont eu moins de récidives locales et ont amélioré leur survie sans progression.

La réirradiation était bien tolérée, deux patients présentant une toxicité pulmonaire de grade 3 et aucun présentant une toxicité oesophagienne sévère. Aucun patient n'a connu de toxicité de grade quatre ou cinq. Historiquement, la ré-irradiation pulmonaire était associée à une toxicité modérée à sévère, voire mortelle, chez 20 à 30% des patients.

"Avec l'avancement de l'IMPT, nous savions que nous étions capables de générer des plans de traitement de rayonnement plus précis qui épargnait les tissus normaux, mais nous ne savions pas si cela se traduirait par des résultats cliniques bénéfiques jusqu'à ce que nous analysions ces données. "Bien que les résultats soient précoce, nous espérons que nous pouvons offrir des résultats plus positifs et de faible toxicité avec IMPT pour les patients cancéreux thoraciques récurrents qui avaient auparavant peu d'options de traitement.

Les limites de l'étude comprennent sa petite taille et les données rétrospectives. La ré-irradiation avec l'IMPT dans d'autres sites de la maladie est un domaine d'intérêt continu pour la recherche; Des études sur le cancer de  sont en cours au MD Anderson.

A team of Norwegian, French and Australian researchers is the first in the world to succeed in quantifying the effects of radiation on individual cancer cells. This means that radiation therapies can now be tailored to individual tumours and thus be more effective.

The recently developed sensor is the first of its kind and can measure radiation doses at the level of the individual cell in mixed radiation fields (e.g. measuring all type of radiation at the same time). It enables doctors to obtain a complete picture of how much damage each cell has incurred following treatment.

"This technology means that doctors can monitor and control radiation doses to make sure that only cancer cells are destroyed, with only minimal damage to surrounding healthy tissue," explains physicist and SINTEF researcher Angela Kok. Kok has been leading the work to develop the sensor as part of her day-to-day research looking into microsystems and nanotechnology.

A million cells on a pin head

Until now, quantification of the radiation dose absorbed by an individual cancer cell has been regarded as a very difficult task. Firstly, each cell is very small, and there may be as many as about a million cells in a single cubic millimetre of tissue. For this reason, and to ensure that the resulting data are correct, a sensor designed to measure radiation has to be as small as the cell itself. In other words, there has to be space for a million sensors in a single cubic millimetre of cancer tissue.

The second problem is that the cells themselves "perceive" the radiation dose in an entirely different way to the sensors. This is why, until now, no sensor has been able to quantify the actual degree of damage caused to cells by a radiation dose.

Mimicking human tissue

But the international research team has now succeeded in solving both of these problems.

The sensor size issue has been addressed simply by developing a sensor that is as small as a cancer cell. This has been achieved using a technology called semiconductor processing.

The second problem, addressing the different ways in which cells and sensors perceive radiation doses, represented a major challenge. But researchers solved this problem by encapsulating the sensors in a plastic material that mimics human tissue. In this way, the radiation dose measured by the sensors is almost identical to that absorbed by real cancer cells.

The measuring instrument contains microsensors placed alongside each other in a way that creates a "sheet" of sensors mounted on the silicon base. Dispersal across a given area enables the sensors to provide an image of the location within the cell that absorbs the highest levels of radiation.

"In simple terms, we can say that the sensors are used to map variations in radiation intensity absorbed across the exposed cell," explains Kok.

A result of basic research

The most important component of the new sensor is the element silicon, which is a semiconductor with radiation detection properties.

"When radiation counteracts with silicon the energy is converted into a measurable electrical signal," explains Kok. "The magnitude of the signal indicates the intensity of the radiation," she says.

The very first sensor prototype saw the light of day at SINTEF's microsystems and nanotechnology lab following a major multinational project involving researchers in the field of medical radiation physics. It was tested recently at the European Synchrotron Radiation Facility (ESRF*) in Grenoble with outstanding results. It has also been tested by Australian researchers at the Australian Nuclear Science and Technology Organisation.

"This project is a little unusual because our research has resulted in new and fundamental knowledge about what happens in a volume of silicon that has the same dimensions as a typical cell," says Senior Research Scientist Kari Schjølberg-Henriksen, who has been working with quality assurance on this project. "We've taken this knowledge further and have seen it applied in practice after only four years," she says.

Advancing proton therapy

Research scientist Marco Povoli has been working on this project both as a SINTEF employee and as part of his post-doctoral studies at the University of Oslo. He believes that this innovation may be good news for the future development of cancer treatments using proton therapy. (Read the fact box)

"It appears that proton therapy produces better outcomes for some types of cancer than traditional radiotherapies," he says. "This is why the University of Wollongong, with which we collaborate, has been working for some time to develop sensors designed for use in proton therapy.

There currently exist no sensors (microdosimetry tools, Ed. note) capable of measuring radiation of this kind, but we realised that our technology could be adapted to develop sensors with the right specifications," says Povoli.

The team based their work on a technology originally applied to develop sensors for tracking nuclear particles as part of experiments using the particle accelerator at CERN. The technology was used to make the silicon structures that now mimic the effects of radiation on human tissue.

"The fabrication process required more development to optimise the reliability of the results, but we overcame this challenge within a few months," says Povoli.

The sensor has now been tested with excellent results. According to the research team, it is capable of measuring the true values of radiation doses absorbed by tissue, and with a better spatial resolution than existing equipment. The team is now hoping to be able to contribute towards the future development of radiation therapies for cancer. This can be achieved by providing a more precise quantification of the radiation doses absorbed by cancer tissue, while at the same time reducing the damage incurred by healthy tissue.

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Une équipe de chercheurs norvégiens, français et australiens est la première au monde à réussir à quantifier les effets du rayonnement sur les différentes cellules cancéreuses. Cela signifie que les thérapies par radiation peuvent maintenant être adaptées aux tumeurs individuelles et ainsi être plus efficaces.

Le capteur développé récemment est le premier de son genre et peut mesurer les doses de rayonnement au niveau de la cellule individuelle dans des champs de rayonnement mixtes (par exemple, mesurer tout type de rayonnement en même temps). Il permet aux médecins d'obtenir une image complète de la quantité de dommages chaque cellule a encouru suite au traitement.

«Cette technologie signifie que les médecins peuvent surveiller et contrôler les doses de rayonnement afin de s'assurer que seules les cellules cancéreuses sont détruites, avec seulement des dommages minimes aux tissus sains environnants», explique Angela Kok, physicienne et chercheuse du SINTEF. Kok a dirigé le travail pour développer le capteur dans le cadre de ses recherches quotidiennes sur les microsystèmes et les nanotechnologies.

Un million de cellules sur une tête d'épingle

Jusqu'à présent, la quantification de la dose de rayonnement absorbée par une cellule cancéreuse était considérée comme une tâche très difficile. Tout d'abord, chaque cellule est très petite, et il peut y avoir autant qu'environ un million de cellules dans un seul millimètre cube de tissu. Pour cette raison, et pour s'assurer que les données résultantes sont correctes, un capteur conçu pour mesurer le rayonnement doit être aussi petit que la cellule elle-même. En d'autres termes, il doit y avoir de l'espace pour un million de capteurs dans un seul millimètre cube de tissu cancéreux.

Le deuxième problème est que les cellules elles-mêmes «perçoivent» la dose de rayonnement d'une manière entièrement différente des capteurs. C'est pourquoi, jusqu'à présent, aucun capteur n'a pu quantifier le degré réel de dommages causés aux cellules par une dose de rayonnement.

Imitation de tissus humains

Mais l'équipe de recherche internationale a réussi à résoudre ces deux problèmes.

Le problème de la taille des capteurs a été abordé simplement en développant un capteur qui est aussi petit qu'une cellule cancéreuse. Cela a été réalisé en utilisant une technologie appelée traitement des semi-conducteurs.

Le deuxième problème, qui concerne les différentes façons dont les cellules et les capteurs perçoivent les doses de rayonnement, représente un défi majeur. Mais les chercheurs ont résolu ce problème en encapsulant les capteurs dans un matériau plastique qui imite le tissu humain. De cette manière, la dose de rayonnement mesurée par les capteurs est presque identique à celle absorbée par les cellules cancéreuses réelles.

L'instrument de mesure contient des microsensors placés les uns à côté des autres de manière à créer une "feuille" de capteurs montés sur la base de silicium. La dispersion à travers une zone donnée permet aux capteurs de fournir une image de l'emplacement dans la cellule qui absorbe les niveaux les plus élevés de rayonnement.

«En termes simples, on peut dire que les capteurs sont utilisés pour cartographier les variations de l'intensité de rayonnement absorbée à travers la cellule exposée», explique Kok.

Résultat de la recherche fondamentale

Le composant le plus important du nouveau capteur est l'élément silicium, qui est un semi-conducteur avec des propriétés de détection de rayonnement.

«Lorsque la radiation est en opposition avec le silicium, l'énergie est convertie en un signal électrique mesurable», explique Kok. «L'amplitude du signal indique l'intensité du rayonnement», dit-elle.

Le tout premier prototype de capteur a vu le jour au laboratoire des microsystèmes et des nanotechnologies de SINTEF suite à un important projet multinational impliquant des chercheurs dans le domaine de la physique des rayonnements médicaux. Il a été testé récemment à l'European Synchrotron Radiation Facility (ESRF *) à Grenoble avec des résultats exceptionnels. Il a également été testé par des chercheurs australiens à l'Organisation australienne de science et de technologie nucléaires.

«Ce projet est un peu inhabituel parce que nos recherches ont abouti à des connaissances nouvelles et fondamentales sur ce qui se passe dans un volume de silicium qui a les mêmes dimensions qu'une cellule typique», affirme le chercheur principal Kari Schjølberg-Henriksen, qui a travaillé avec L'assurance qualité sur ce projet. "Nous avons porté cette connaissance plus loin et l'avons vu appliquée dans la pratique après seulement quatre ans", dit-elle.

Avancer la thérapie protonique

Le chercheur Marco Povoli a travaillé sur ce projet en tant qu'employé du SINTEF et dans le cadre de ses études postdoctorales à l'Université d'Oslo. Il croit que cette innovation peut être une bonne nouvelle pour le développement futur des traitements contre le cancer en utilisant la protonthérapie.

«Il semble que la protonthérapie produit de meilleurs résultats pour certains types de cancer que les radiothérapies traditionnelles», dit-il. "C'est pourquoi l'Université de Wollongong, avec laquelle nous collaborons, travaille depuis un certain temps à développer des capteurs conçus pour être utilisés en protonthérapie.

Il n'existe actuellement pas de capteurs (outils de microdosimétrie, ND) capables de mesurer ce type de radiation, mais nous avons réalisé que notre technologie pourrait être adaptée pour développer des capteurs avec les spécifications correctes », explique Povoli.

L'équipe a basé son travail sur une technologie appliquée à l'origine pour développer des capteurs pour le suivi des particules nucléaires dans le cadre d'expériences utilisant l'accélérateur de particules au CERN. La technologie a été utilisée pour fabriquer les structures de silicium qui imitent maintenant les effets du rayonnement sur le tissu humain.

«Le processus de fabrication a exigé plus de développement pour optimiser la fiabilité des résultats, mais nous avons surmonté ce défi en quelques mois», explique Povoli.

Le capteur a maintenant été testé avec d'excellents résultats. Selon l'équipe de recherche, elle est capable de mesurer les vraies valeurs des doses de rayonnement absorbées par les tissus, et avec une meilleure résolution spatiale que l'équipement existant. L'équipe espère maintenant pouvoir contribuer au développement futur des radiothérapies contre le cancer. Ceci peut être réalisé en fournissant une quantification plus précise des doses de rayonnement absorbées par les tissus cancéreux, tout en réduisant les dommages causés par les tissus sains.

Radiotherapy is an integral and highly effective aspect of the management of many paediatric CNS tumours, including embryonal tumours, astrocytic tumours and ependymal tumours. Nevertheless, continued improvements in long-term survivorship of such tumours means that radiotherapy-related toxicities that affect quality of life and overall functional status for survivors are increasingly problematic, and strategies that mitigate these adverse effects are needed. One such strategy is proton therapy, which has distinct advantages over conventional photon therapy and enables greater precision in the delivery of tumoricidal radiation doses with reduced irradiation of healthy tissues. These dose distribution advantages can translate into clinical benefits by reducing the risk of long-term adverse effects of radiotherapy, such as secondary malignancy, cognitive toxicity, endocrinopathy, hearing loss and vasculopathic effects. As the availability of proton therapy increases with the development of new proton centres, this treatment modality is increasingly being used in the management of paediatric CNS tumours. In this Review, we provide an introduction to the types of paediatric CNS tumours for which proton therapy can be considered, and discuss the available evidence that proton therapy limits toxicities and improves quality of life for patients. We will also consider uncertainties surrounding the use of proton therapy, evidence for its cost-effectiveness, and its future role in the management of paediatric CNS tumours.

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La radiothérapie est une partie intégrante et très efficace de la gestion de nombreuses tumeurs du CNS pédiatriques, y compris les tumeurs embryonnaires, les tumeurs astrocytaires et les tumeurs épendymaires. Néanmoins, l'amélioration continue de la survie à long terme pour ces tumeurs signifie que les toxicités liées à la radiothérapie qui affectent la qualité de vie et l'état fonctionnel global pour les survivants sont de plus en plus problématique, et les stratégies qui atténuent ces effets indésirables sont nécessaires. Une de ces stratégies est la thérapie de proton, qui présente des avantages distincts par rapport à la thérapie de photon classique et permet une plus grande précision dans la livraison des doses de rayonnement tumoricides avec irradiation réduite des tissus sains. Ces avantages de distribution de dose peuvent se traduire par des avantages cliniques en réduisant le risque d'effets néfastes à long terme de la radiothérapie, comme une tumeur maligne secondaire, la toxicité cognitive, endocrinopathie, la perte d'audition et les effets vasculopathiques. Comme la disponibilité de protonthérapie augmente avec le développement de nouveaux centres de protons, cette modalité de traitement est de plus en plus utilisé dans le traitement des tumeurs pédiatriques du CNS. Dans cette analyse, nous fournissons une introduction aux types de tumeurs du CNS pédiatriques pour lesquels la thérapie de proton peut être considéré, et discutons des preuves disponibles que la PROTONTHÉRAPIE limite les toxicités et améliore la qualité de vie des patients. Nous allons également tenir compte des incertitudes entourant l'utilisation de la thérapie de proton, preuve de son rapport coût-efficacité, et son rôle futur dans la gestion des tumeurs pédiatriques du CNS (central nervous system). (C'est un article qu'il faut payer mais je me suis dit que juste l'introduction suffisait à conclure que la proton thérapie est meilleure pour les cancers du cerveau chez les enfants. IL faudrait que je regarde si au Québec, on en a au moins une de ces machines...)

An international team of scientists, headed by researchers at UC San Diego School of Medicine and UC San Diego Moores Cancer Center, report that decreases in a specific group of proteins trigger changes in the cancer microenvironment that accelerate growth and development of therapy-resistant cancer stem cells (CSCs).

The discovery suggests the basis for a potential new therapeutic approach to eradicate blood cancers, which affect more than 1.1 million Americans. In fact, researchers found that in cell and mouse models, a treatment that employed a targeted monoclonal antibody effectively impaired the ability of CSCs to regenerate and made them easier to eradicate with existing enzyme-targeted (tyrosine kinase inhibitor) therapies.

The findings are published in the November 30 online issue of Proceedings of the National Academy of Sciences.

"This is the first description of cancer stem cell generation through decreased expression of a transcriptional repressor of an embryonic pattern of alternative splicing that enhances stem cell self-renewal and survival," said senior author Catriona Jamieson, MD, PhD, associate professor of medicine, chief of the Division of Regenerative Medicine and director of Stem Cell Research at Moores Cancer Center.

"Rather than acquiring multiple DNA mutations, as was previously thought, cancer stem cells in chronic myeloid leukemia (CML) switch to embryonic RNA splicing, which enhances their capacity to self-renew or clone themselves," said Jamieson. "If we can detect and turn off embryonic splicing, we may be able to prevent cancer stem cells from propagating themselves. Also, if we target embryonic versions of proteins that are re-expressed by cancer, like CD44 variant 3, with specific antibodies together with tyrosine kinase inhibitors, we may be able to circumvent cancer relapse -- a leading cause of cancer-related mortality."

Jamieson and colleagues showed that downregulation of Muscleblind-like 3 (MBNL3) RNA binding proteins resulted in re-expression of a human embryonic stem cell-specific alternative splicing gene regulatory network -- a mechanism that controls embryonic stem cell pluripotency and fate. One effect was reprogramming of progenitor cells into CSCs in blast crisis CML. Blast crisis occurs when there is 20 percent or more leukemia stem cells in the blood or bone marrow. It is the most advanced stage of leukemia.

The researchers found, however, that treatment with a humanized pan-CD44 monoclonal antibody and a targeted tyrosine kinase antagonist disrupted development of CSCs in their protected microenvironment, forcing them to enter the blood stream where dasatinib -- a tyrosine kinase inhibitor -- could effectively target them.


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Une équipe internationale de scientifiques, dirigée par des chercheurs de l'UC San Diego School, rapporte que les diminutions dans un groupe spécifique de protéines déclenchent des changements dans le microenvironnement du cancer qui accélèrent la croissance et le développement de souches du cancer à la thérapie des cellules résistantes (CCM).

La découverte suggère la base d'une nouvelle approche thérapeutique potentielle pour éradiquer les cancers du , qui touchent plus de 1,1 millions d'Américains. En fait, les chercheurs ont constaté que dans des modèles cellulaires et de la souris, un traitement qui emploie un anticorps monoclonal ciblé altére efficacement la capacité des CSCs de se régénérer et les rendait plus faciles à éliminer avec les inhibiteurs de tyrosine kinase, des thérapies actuelles ciblants des enzymes.

Les résultats sont publiés dans l'exemplaire en ligne de "Proceedings of the National Academy of Sciences."

"Ceci est la première description de la génération de cellules souches du cancer par diminution de l'expression d'un répresseur de la transcription d'un modèle embryonnaire de l'épissage alternatif qui améliore l'auto-renouvellement des cellules souches et leur survie", a déclaré l'auteur principal Catriona Jamieson, MD, PhD, professeur agrégé de médecine.

"Plutôt que d'acquérir de multiples mutations de l'ADN, comme on le pensait précédemment, les cellules souches du cancer dans la leucémie myéloïde (LMC) se tournent vers l'épissage de l'ARN, ce qui améliore leur capacité d'auto-renouvellement ou de se cloner», a déclaré M. Jamieson. «Si nous pouvons détecter et désactiver l'épissage embryonnaire, nous pourrions être en mesure d'empêcher les cellules souches du cancer de se propager. Aussi, si nous ciblons les versions embryonnaires de protéines qui sont ré-exprimées par le cancer, comme CD44 variante 3, avec des anticorps spécifiques ensemble avec des inhibiteurs de la tyrosine kinase, nous pourrions être en mesure de contourner la rechute du cancer -. une des principales causes de la mortalité liée au cancer "

Jamieson et ses collègues ont montré que la régulation négative de l'ARN MBNL3 se liant à des protéines aboutie à une ré-expression d'une souche embryonnaire gène de l'épissage alternatif de cellules souches - un mécanisme qui contrôle pluripotence des cellules souches et leur destin. Un des effets était une reprogrammation de cellules progénitrices dans les CSC en crise blastique. La crise blastique quand elle se produit est le stade le plus avancée de la leucémie lorsque 20 pour cent ou plus des cellules souches leucémiques sont dans le sang ou la moelle osseuse.

là Les chercheurs ont constaté, cependant, que le traitement par un anticorps monoclonal pan-CD44 humanisé et un antagoniste de tyrosine kinase ciblé a interrompu le développement des CSCs dans leur microenvironnement protégé, les forçant à entrer dans la circulation sanguine où dasatinib - un inhibiteur de tyrosine kinase - pourrait effectivement les cibler.

On se paie trop de services et on les paie trop cher au Québec, c'est ça le problème inévitable et tant qu'on n'y fait pas fasse, on va s'appauvrir, les investissements privés ne viendront plus. On a pas une société saine. Les médecins sont payés trois fois plus qu'en France. Il y en avait un à TLMEP l'autre jour qui avait avait été admis au Québec et qui avait l'air du gars qui avait été upgradé de mécanicien à propiétaire du garage du jour au lendemain.

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Scientists are currently in South Africa putting together a unique medical imaging platform which could improve treatment for millions of cancer sufferers by making proton therapy a viable option.

Members of the multi-national research team behind the PRaVDA (Proton Radiotherapy Verification and Dosimetry Applications) project, led by the University of Lincoln, UK, are now building the instrument that will produce for the first time detailed three-dimensional images of a patient's anatomy using protons rather than x-rays.

To produce these Proton CT images, the world-first technology will use the same high energy particles that are used to destroy a tumour during proton therapy treatment.

Like x-rays, protons can penetrate tissue to reach deep tumours. However, compared to x-rays, protons cause less damage to healthy tissue in front of the tumour, and no damage at all to healthy tissue lying behind, which greatly reduces the side effects of radiation therapy.

Led by Distinguished Professor of Image Engineering Nigel Allinson MBE, the PRaVDA team aims to become the first in the world to produce clinical-quality Proton CT imagery. They are currently working near Cape Town at the South African National Cyclotron -- a type of particle accelerator.

Professor Allinson said: "Proton therapy is an improved approach for treating challenging tumours especially in the head and neck, and near critical organs. It is likely to become the preferred radiotherapy method for most childhood cancers, as the unwanted exposure to radiation of healthy tissue is much reduced and so the risk of second cancers later in life is also much reduced.

"Having the ability to administer a high dose in a small region is the main underlying advantage of proton therapy, however accurate planning is absolutely essential to ensure that the dose does not miss the target tumour."

Using protons to form an image of the patient will greatly improve the accuracy of proton therapy. Using current methods, there could be a discrepancy of up to 1cm in terms of where the proton beam hits and releases its energy, destroying cells, after passing through 20 cm of healthy tissue. By using Proton CT, this margin for error can be reduced to just a few millimetres.

The PRaVDA researchers believe that Proton CT will soon be used as part of the planning process for cancer patients, as well as during and after treatment.

"Imaging with protons is challenging, because the individual particles are randomly scattered as they pass through tissue," Professor Allinson continued. "Millions of protons make up a single image and each particle has to be individually tracked from the point it enters the patient to the point where it leaves. The PRaVDA instrument is therefore one of the most complex medical instruments ever developed, but it is absolutely essential -- the uncertainties in where the protons lose their energy and do damage to either tumour or healthy tissue will only be eliminated by using the same type of radiation to image and to treat."

Proton therapy is rapidly gaining momentum as a cancer treatment around the world. The NHS will open two proton therapy centres in 2018, and up to another four private centres are also planned for the UK.

The PRaVDA consortium, funded by a £1.6 million translation grant from the Wellcome Trust and led by the University of Lincoln, consists of five UK universities, four UK NHS Trusts and Foundation Trusts, University of Cape Town and IThemba LABS, South Africa, and Karolinska University Hospital, Sweden.


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Les scientifiques sont actuellement en Afrique du Sud pour mettre assembler une plate-forme d'imagerie médicale unique qui pourrait améliorer les traitements pour des millions de personnes atteintes de cancer en faisant de la protonthérapie une option viable.

Les membres de l'équipe de recherche multi-nationale derrière le projet Pravda (Applications vérification radiothérapie Proton et dosimétrie), dirigé par l'Université de Lincoln, Royaume-Uni, sont en train de construire l'instrument qui va produire pour la première fois des images détaillées en trois dimensions d'un patient de anatomie utilisant des protons plutôt que des rayons x.

Pour produire ces images Proton CT, la technologie de première mondiale va utiliser les mêmes particules de haute énergie qui sont utilisés pour détruire une tumeur pendant le traitement de protonthérapie.

Comme les rayons X, les protons ne peuvent pénétrer dans le tissu pour atteindre des tumeurs profondes. Cependant, par rapport aux rayons X, les protons causent moins de dommages aux tissus sains en face de la tumeur, et aucun dommage aux tissus sains se trouvant derrière, ce qui réduit considérablement les effets secondaires de la radiothérapie.

Dirigée par le professeur émérite de l'image Ingénierie Nigel Allinson MBE, l'équipe Pravda vise à devenir le premier dans le monde pour produire des images de qualité clinique-Proton CT. Ils travaillent actuellement près de Cape Town au Cyclotron nationale sud-africaine - un type d'accélérateur de particules.

Le professeur Allinson a déclaré: "La protonthérapie est une meilleure approche pour traiter des tumeurs difficiles surtout dans la tête et le cou, et à proximité d'organes critiques, c'est susceptible de devenir la méthode de radiothérapie le plus pratique pour la plupart des cancers de l'enfant, parce que l'exposition involontaire à la radiation des tissus sains. est beaucoup plus réduit et donc le risque de seconds cancers plus tard dans la vie est aussi beaucoup réduite.

"Avoir la capacité d'administrer une dose élevée dans une petite région est le principal avantage sous-jacent de la protonthérapie, la planification précise cependant est absolument essentiel pour veiller à ce que la dose ne manque pas la tumeur."

L'utilisation de protons pour former une image du patient permettra d'améliorer grandement la précision de la thérapie de proton. En utilisant des méthodes actuelles, il pourrait y avoir un écart de jusqu'à 1 cm en termes de où les faisceaux de protons frappent et où ils libèrent leur énergie, la destruction des cellules, après avoir traversé 20 cm de tissu sain. En utilisant Proton CT, cette marge d'erreur peut être réduite à quelques millimètres.

Les chercheurs croient que la Pravda Proton CT sera bientôt utilisé dans le cadre du processus de planification pour les patients atteints de cancer, ainsi que pendant et après le traitement.

"L'imaging avec des protons est difficile, parce que les particules individuelles sont dispersés au hasard lors de leur passage à travers les tissus," professeur Allinson poursuivi. «Des millions de protons constituent une seule image et chaque particule doit être suivis individuellement à partir du point où il pénètre dans le patient à l'endroit où elle le quitte. L'instrument Pravda est donc l'un des instruments médicaux les plus complexes jamais développés, mais il est absolument essentielles - les incertitudes dans lesquelles les protons perdent leur énergie et font des dégâts soit aux tumeurs soit aux tissus sains seront éliminées en utilisant le même type de rayonnement pour obtenir l'image et pour traiter ».

La protonthérapie gagne rapidement en tant que traitement du cancer dans le monde entier. Le NHS va ouvrir deux centres de protonthérapie en 2018, et jusqu'à quatre autres centres privés sont également prévues pour le Royaume-Uni.

Le consortium Pravda, financé par une traduction subvention de 1,6 millions de £ du Wellcome Trust et dirigé par l'Université de Lincoln, se compose de cinq universités du Royaume-Uni, quatre au Royaume-Uni NHS Trusts et Foundation Trusts, Université de Cape Town et Ithemba LABS, Afrique du Sud, et hôpital universitaire Karolinska, en Suède.

New research by scientists at the University of Maryland School of Medicine has found that esophageal cancer patients treated with proton therapy experienced significantly less toxic side effects than patients treated with older radiation therapies.


Working with colleagues at the Mayo Clinic in Rochester, Minnesota and the MD Anderson Cancer Center in Dallas, Texas, Michael Chuong, MD, an assistant professor of radiation oncology at the school, compared two kinds of X-ray radiation with proton therapy, an innovative, precise approach that targets tumors while minimizing harm to surrounding tissues.

The researchers looked at nearly 600 patients and found that proton therapy resulted in a significantly lower number of side effects, including nausea, blood abnormalities and loss of appetite. The results were presented on May 22 at the annual conference of the Particle Therapy Cooperative Group, held in San Diego.

"This evidence underscores the precision of proton therapy, and how it can really make a difference in cancer patients' lives," said Dr. Chuong.

Patients with esophageal cancer can suffer a range of side effects, including nausea, fatigue, lack of appetite, blood abnormalities and lung and heart problems. Proton therapy did not make a difference in all of these side effects, but had significant effects on several.

The results have particular relevance for the University of Maryland School of Medicine; this fall the school will open the Maryland Proton Treatment Center (MPTC). The center will provide one of the newest and highly precise forms of radiation therapy available, pencil beam scanning (PBS), which targets tumors while significantly decreasing radiation doses to healthy tissue. This technique can precisely direct radiation to the most difficult-to-reach tumors.

Proton therapy is just one of several new methods for treating cancer. Others include:
•Selective Internal Radiation Therapy, a precision modality for treating patients with particularly difficult-to-remove tumors involving the liver such as those from colorectal cancers;
•Gammapod, a new, high-precision, noninvasive method of treating early-stage breast cancer;
•Thermal Therapies, the use of "heat" in treating a broad spectrum of malignancies.

The treatment works well for many kinds of tumors, including those found in the brain, esophagus, lung, head and neck, prostate, liver, spinal cord and gastrointestinal system. It is also an important option for children with cancer and is expected to become an important option for some types of breast cancer. While most cancer patients are well served with today's state-of-the-art radiation therapy technology, up to 30 percent are expected to have a greater benefit from the new form of targeted proton beam therapy.


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De nouvelles recherches par des scientifiques de l'Université du Maryland School of Medicine a révélé que les patients atteints de cancer de l'œsophage traités par protonthérapie ont éprouvé des effets secondaires nettement moins toxiques que les patients traités avec les anciennes des radiations thérapeutiques.


Travaillant avec des collègues de la Clinique Mayo à Rochester, Minnesota et du MD Anderson Cancer Center à Dallas, Texas, Michael Chuong, MD, professeur adjoint de radio-oncologie à l'école, a comparé les deux types de rayonnement X-ray avec la protonthérapie, une approche innovante, précise qui cible les tumeurs tout en minimisant les dommages aux tissus environnants.

Les chercheurs ont étudié près de 600 patients et ont trouvé que la protonthérapie a abouti à un certain nombre significativement plus faible d'effets secondaires, notamment des nausées, des anomalies sanguines et perte d'appétit. Les résultats ont été présentés le 22 mai lors de la conférence annuelle de la thérapie de groupe coopératif particules, tenue à San Diego.

"Cette preuve souligne la précision de la protonthérapie, et comment il peut vraiment faire une différence dans la vie des patients atteints de cancer», a déclaré le Dr Chuong.

Les patients atteints de cancer de l'oesophage peuvent souffrir d'une gamme d'effets secondaires, notamment des nausées, de la fatigue, manque d'appétit, des anomalies sanguines et des problèmes pulmonaires et cardiaques. La protonthérapie n'a pas faire une différence dans l'ensemble de ces effets secondaires, mais a eu des effets significatifs sur plusieurs.

Les résultats ont une pertinence particulière pour l'Université du Maryland School of Medicine; cet automne l'école ouvrira la Proton Treatment Center Maryland (MPTC). Le centre offrira une des formes les plus récentes et très précises de la radiothérapie disponibles, pencil beam scanning (PBS), qui cible les tumeurs tout en diminuant significativement les doses de rayonnement aux tissus sains. Cette technique de rayonnement peut précisément directe à des tumeurs les plus difficiles à atteindre.

La protonthérapie est juste un de plusieurs nouveaux procédés pour le traitement du cancer. D'autres incluent:
• Selective Internal Radiation Therapy, une modalité de précision pour le traitement de patients avec particulièrement difficile à enlever des tumeurs impliquant le foie tels que ceux de cancers colorectaux;
• Gammapod, une nouvelle, de haute précision, méthode non invasive de traitement du cancer du sein à un stade précoce;
• thérapies thermiques, l'utilisation de «chaleur» dans le traitement d'un large éventail de tumeurs malignes.

Le traitement fonctionne bien pour de nombreux types de tumeurs, y compris celles du , de l'oesophage, du , de la tête et du , de la , le , la moelle épinière et le système gastro-intestinal. Il est également une option importante pour les enfants atteints de cancer et est appelé à devenir une option importante pour certains types de cancer du . Alors que la plupart des patients atteints de cancer sont bien servis avec la radiothérapie et la technologie d'aujourd'hui, jusqu'à 30 pour cent devraient avoir un plus grand avantage de la nouvelle forme de thérapie ciblée par faisceau de protons .

C'est peut-être une nouvelle avenue dans le traitement des chordomes, une nouvelle sorte de rayons avec des ions au carbone (?)... des résultats seront complétés en 2015 et analysés ensuite.

Proton therapy is the gold standard in the treatment of skull base chordomas. However, high-LET beams such as carbon ions theoretically offer biologic advantages by enhanced biologic effectiveness in slow-growing tumors. Up until now it was impossible to compare two different particle therapies, i.e. proton and carbon ion therapy directly with each other. The aim of this study is to find out, whether the biological advantages of carbon ion therapy mentioned above can also be clinically confirmed.

La thérapie par les protons est le standard dans le traitement des chordomes à la base du crâne. Cependant les rayons avec des ions de carbone (?) offrent thériquement des avantages en augmentant l'efficacité biologique et en ralentissant la tumeur. Jusqu'à maintenant cela a été impossibe de comparer les particules des deux différentes thérapie. Le but de cette étude est de trouver si les avantages biologiques mentionnés pour la thérapie aux ions de carboen peuvent être confirmés cliniquement.

http://clinicaltrials.gov/ct2/show/NCT01182779

Une rénovation de près de 4 ans et 50 millions d'euros d'investissements ont permis la création d'un nouveau centre de protonthérapie, équipé pour traiter plus de patients et faire avancer la lutte contre le cancer.
La protonthérapie est l'une des techniques dernièrement développées de la radiothérapie, détruisant les cellules cancéreuses à l'aide d'un faisceau de protons. Elle se révèle être également la plus adaptée pour soigner les très jeunes enfants, car elle protège les organes à risque et diminue ainsi les complications possibles. Utilisée à l'Institut Curie depuis 1991, elle a permis de soigner 5 000 malades atteints de cancers, dont une cinquantaine d'enfants par an.
Désormais équipé de nouvelles technologies, comme un bras isocentrique permettant d'atteindre des tumeurs jusqu'ici inaccessibles chez l'enfant, le centre de protonthérapie pourra accueillir 200 patients de plus chaque année, soit 550 patients par an, dont 120 enfants.

Citation :

L'institut Claudius Regaud inaugure aujourd'hui la tomothérapie en Midi-Pyrénées. Cette nouvelle technique de radiothérapie améliore la précision du traitement et limite l'exposisiton aux rayons X des organes sains. Grâce aux images en 3D que produit l'appareil, des tumeurs jusque là difficiles à atteindre avec des techniques classiques sont maintenant mieux définies et plus faciles à irradier. Les traitements de lésions crâniennes ou de la cage thoracique seront traitées plus efficacement, précise le docteur Michel Rives. La tomothérapie est donc préconisée pour les tumeurs complexes et situées près de tissus sains sensibles aux rayonnements. De plus , la diminution de la tumeur peut être suivie avec précision semaine après semaine permettant ainsi d'ajuster les doses délivrées à chaque séance et d'éviter la surexposition des tissus sains. La séance, qui dure 30 minutes, est indolore. Cet appareil constitue un des premiers outils innovants de radiothérapie qui sera ensuite transféré à la clinique universitaire du cancer en 2012 au sein du Cancéropole.

Le système de protonthérapie Pencil Beam Scanning deuxième génération d'IBA obtient la certification CE


Le système Pencil Beam Scanning (PBS) deuxième génération pour protonthérapie d'IBA, qui améliore la performance des traitements protoniques contre le cancer, a obtenu la marque CE*, certifiant que le produit est conforme aux règlements de l'Union européenne sur les dispositifs médicaux.
Le système PBS, développé par la division de thérapie des particules d'IBA (Ion Beam Applications S.A.), offre un rayon variable dont la largeur se réduit à 3 mm, ce qui facilite le contrôle du dosage et épargne les tissus sains. Contrairement aux systèmes de radiothérapie d'intensité modulée photoniques, qui sont seulement capables de contrôler la dose présente dans le patient en deux dimensions, PBS assure une conformité de dose tridimensionnelle pour améliorer les traitements contre le cancer.

Les données à l'appui de la certification CE ont été principalement collectées à Westdeutsches Protontherapiezentrum Essen (WPE), le centre de protonthérapie géré par IBA à Essen, en Allemagne.
Au moins huit centres anticancéreux utiliseront la technologie de balayage de faisceau de pointe d'IBA au cours des trois prochaines années. Le prototype a reçu l'approbation de la U.S. Food and Drug Administration(organisme américain de surveillance des aliments et des médicaments) en 2008 et a été validé cliniquement en proche collaboration avec des cliniciens et des scientifiques du Massachusetts General Hospital au Francis
H. Burr Proton Therapy Center de Boston.

« L'obtention du marquage CE pour sa technique PBS optimisée permet à IBA d'offrir cette technologie de protonthérapie d'avant-garde à son installation partenaire d'Essen ainsi qu'à d'autres centres de protonthérapie en cours de développement en Europe », a déclaré Pierre Mottet, président-directeur générald'IBA. « Cette approbation assure la continuation de l'avance de PBS et de la riche tradition d'innovation d'IBA. Elle signifie également que les patients cancéreux d'Europe auront bientôt accès aux traitements anticancéreux les plus avancés au niveau technique, avec une réduction des effets indésirables par rapport à la radiothérapie conventionnelle. »

La distribution de dose PBS est avantageuse pour les médecins et leurs patients

D?après M. Mottet, la combinaison des caractéristiques de faisceau affiné de cette conception à l'accélération cyclotronique assure la symétrie du faisceau radial à tous les angles du portique. « Le logiciel de pointe du système et sa performance robuste réduisent les temps de placement du faisceau », déclare-t-il. « À tous égards, la performance est supérieure à tout ce qui a été réalisé par les autres fabricants commerciaux. Les repères en termes de précision de position du spot, d'espacement de la dose livréepar lespot, de dimension du spot à haute énergie et d'indice gamma sont inégalés. »
« Notre technologie PBS optimisée est, dans une perspective scientifique, le traitement le plus avancé disponible à l'heure actuelle », a ajouté Jonathan Farr, Ph.D., médecin en chef au WPE. « Elle permet à nos professionnels de travailler à l'avant-garde du traitement anticancéreux et d'offrir des avantages significatifs aux patients sur une base quotidienne. En outre, en équipant le centre WPE de tuyères PBS spécialisées, nous comptons traiter des cas plus complexes, tout particulièrement des patients atteints de cancer du poumon. »

Réduction des durées de traitement

La protonthérapie livrée par la technologie PBS permet aux radio-oncologues de peindre la tumeur, couche par couche, avec un faisceau de protons syntonisé sur une gamme précise, et d'ajuster dynamiquement l'intensité du faisceau pour obtenir la distribution de dose voulue. Avec PBS, les aimants de balayage manipulent le faisceau de protons avec plus d'efficacité et de rapidité que les faisceaux de protons dispersés utilisant des ouvertures et des compensateurs, avec nettement moins d'effort grâce à la réduction du matériel spécifique au champ. Ceci permet de réduire le temps passé par le patient sur la table de traitement.
« PBS est actuellement le traitement le plus précis pour le cancer », a déclaré M. Mottet. « Étant donné la tendance vers une médicine plus personnalisée, la capacité à offrir un diagnostic ciblé et des traitements ciblés aux patients, par opposition à l'application d'un protocole unique pour un groupe, est très avantageuse pour les patients subissant une protonthérapie. »

Un de ses objectifs consiste donc à construire une installation complète d'hadronthérapie2 incorporant un NS-FFAG. En effet, les scientifiques estiment que des faisceaux de protons ou de particules plus lourdes, comme par exemple des ions carbone, pourraient déposer directement dans la tumeur plus d'énergie que les rayons X, tout en perdant moins dans les tissus sains voisins. On pourrait ainsi limiter les dommages causés dans les tissus sains, voire les éviter complètement dans des parties vitales du corps. Il semblerait qu'actuellement l'hadronthérapie ne soit proposée que dans un seul site au Royaume-Uni;: le Centre d'oncologie de Clatterbridge (près de Liverpool).

La machine NS-FFAG n'a encore jamais été construite mais les chercheurs britanniques espèrent qu'elle sera de plus petite taille que les machines actuelles, moins onéreuse et capable de fournir des particules avec un taux de répétition et un cycle de service plus élevés. Les scientifiques britanniques estiment que ces caractéristiques rendraient l'accélérateur plus maniable pour une gamme nouvelle d'expériences scientifiques.

Mais ils font face à de nombreux défis : en particulier, ils devront démontrer que les orbites des particules sont stables et restent stables durant tout le cycle d'accélération, même si les simulations informatiques montrent que cela devrait être le cas.

With a technology transfer agreement announced today, the first compact proton therapy system – one that would fit in any major cancer center and cost a fifth as much as a full-scale machine – is one step closer to reality.

Proton therapy is considered the most advanced form of radiation therapy available, but size and cost have limited the technology’s use to only six cancer centers nationwide.

La proton thérapie est considéré comme la plus importante forme de radiation disponible

The result of defense-related research, the compact system was developed by scientists at Lawrence Livermore National Laboratory in a project jointly funded by the Laboratory and UC Davis Cancer Center.

In the new technology transfer pact, Lawrence Livermore National Laboratory has licensed the technology to TomoTherapy Incorporated (NASDAQ: TTPY) of Madison, Wis., through an agreement with the Regents of the University of California.

TomoTherapy will fund development of the first clinical prototype, which will be tested on patients at UC Davis Cancer Center. If clinical testing is successful, TomoTherapy will bring the machines to market.

“We are very pleased that the basic research of our department’s defense scientists may also serve the nation by helping to make proton therapy more available to cancer patients,” said Raymond L. Orbach, the U.S. Department of Energy’s Under Secretary for Science.

"nous sommes fiers que la recherche de base de notre département de la défense puisse aussi servir la nation en aidant à rendre la proton thérapie plus disponible."


“This technology has grown out of work to develop compact, high-current accelerators as flash X-ray radiography sources for nuclear weapons stockpile stewardship,” said George Caporaso, the lead scientist on the project at Lawrence Livermore. “We are excited about applying this new technology to the field of cancer treatment, to make proton therapy widely available as a treatment option.”

"We have taken proton therapy and achieved major advances toward what we were told was impossible – to scale it down to a size and price that will bring it in reach of every major cancer center,” said Ralph deVere White, director of UC Davis Cancer Center and associate dean for cancer programs. “Our research partnership with Lawrence Livermore National Laboratory has fulfilled the mission for which it was created: to deliver translational research in order to advance health care.”

Conventional radiation therapy kills cancer cells using high-energy X-rays. These X-rays deliver energy to all the tissues they travel through, from the point they enter the body, until they leave it. Doctors therefore have to limit the dose delivered to the tumor to minimize damage to surrounding healthy tissue.

Unlike high-energy X-rays, proton beams deposit almost all of their energy on their target, with a low amount of radiation deposited in tissues from the surface of the skin to the front of tumor, and almost no “exit dose” beyond the tumor. This property enables doctors to hit tumors with higher, potentially more effective radiation doses than is possible with gamma radiation.

“Until proton therapy is more common and we can do large comparative studies, we can’t say with specificity what the impact will be on survival and other treatment outcomes,” said deVere White, a urologic oncologist. “However, we expect that outcomes will be significantly better. As with other advances we have seen in cancer, this will re-set the norm of what constitutes best therapy.”

"puisque la proton thérapie est plus accessible et que l'on peut faire des études comparatives plus élaborées, nous allons pouvoir dire avec plus de précision quel est l'impact sur la survie des personnes sous traitement. Nous nous attendons à ce que la proton thérapie soit supérieure et devienne la norme."

One of the largest studies of proton therapy, published in the June 1, 2004, issue of the International Journal of Radiation and Oncology, looked at 1,255 men who were treated for localized prostate cancer during the 1990s at the Loma Linda University Medical Center’s Proton Treatment Center in Loma Linda, Calif. The study concluded that proton therapy yielded disease-free survival rates comparable to those of surgery or conventional radiation, but with minimal to no side effects, such as incontinence and impotence.

Charged protons were first used in the successful treatment of human cancer in experiments at the Berkeley Radiation Laboratory more than 50 years ago. But because the machines can cost more than $100 million to build and can require 90,000 square feet to house, today only six centers in the United States offer proton treatment: Loma Linda, Massachusetts General Hospital’s Francis H. Burr Proton Therapy Center in Boston, M.D. Anderson Cancer Center’s Proton Therapy Center in Houston, Midwest Proton Radiotherapy Institute in Bloomington, Ind., and the University of Florida Proton Therapy Institute in Jacksonville, Fla. In addition, UC Davis Cancer Center offers proton therapy for ocular melanoma only.

Worldwide, there are 25 proton therapy centers in operation. Together, they have treated an estimated 40,000 patients.

The compact system is expected to fit in standard radiation treatment suites and to cost less than $20 million. The compact system will be mounted on a gantry that rotates about the patient.

Caporaso’s team overcame the size obstacle by using dielectric wall accelerator technology developed through defense research. The Livermore scientists have demonstrated in principle that this technology will enable proton particles to be accelerated to an energy of at least 200 million electron volts within a light-weight, novel, insulator-based structure about 6.5 feet long. It also won’t use any bending magnets, and will be able to change the protons’ energy and intensity between each burst that occurs many times per second.

Currently available proton therapy machines use cyclotrons or synchrotrons nearly 10 feet in diameter and weighing up to several hundred tons. This equipment includes the enormous gantry and bending magnets necessary to focus and direct the beams onto patients.

In addition to overcoming size and cost obstacles, the compact system will improve on existing full-scale systems by including the capability to vary the energy, intensity and “spot” size of the proton beam. Radiation will be produced in rapid pulses, creating small “spots” of dose throughout the tumor. Currently only one proton facility in the world, the Paul Scherrer Institute in Switzerland, is able to deliver this intensity-modulated proton therapy (IMPT). IMPT is generally considered the best way to destroy tumors while minimizing damage to surrounding healthy tissue.

TomoTherapy Incorporated was established to commercialize another radiation therapy advance developed by university researchers, the Hi-Art® treatment system. That system, which marries a CT scanner to a state-of-the-art linear accelerator, was developed by Thomas “Rock” Mackie and Paul Reckwerdt at the University of Wisconsin.

“We look forward to partnering with Lawrence Livermore to commercialize this technology for such a great cause,” said Reckwerdt, co-founder with Mackie of the company. “Proton therapy has recognized advantages in the treatment of many cancer sufferers and we hope to be able to make it widely available.”