Medicine could very soon have a new ally in the fight against cancer: Terbium-161. (Credit: Andreas Heddergott/TUM)

la médecine pourrait avoir très rapidement une nouvelle avenue pour combattre le cancer : le Terbium 161


June 16, 2011 — A cancer diagnosis is not necessarily a death sentence. There are now quite a number of possibilities to treat cancer. In addition to radiotherapy and chemotherapy, so-called radionuclide treatment has also become an important component in the fight against the mutated cells. It involves injecting radioactive elements, so-called nuclides, into the patient's circulatory system. Bonded to special molecules which preferentially attach themselves to cancer cells, the nuclides are pumped through the body by the heart until they finally find their target: a cancer cell. Having arrived there, they attach themselves to its cell walls, decay and thus release radiation into their surroundings. This attacks the cancer cells at close range and ideally destroys them.

Un diagnostique de cancer n'est pas nécessairement une sentence de mort. Il y a pas mal de possibilités pour traiter le cancer. En plus de la radiothérapie et de la chimiothérapie, il y a aussi un traitement aux radionucliéide qui est devenu une composante importante dans la guerre contre les cellules mutées. Cela implque des éléments radioactifs aussi appelés nucléides dans le système circulatoire du patient. Liés avec des molécules spéciales qui s'attachent prioritairement aux cellules cancéreuses, les nucléides sont pompées à travers le corps par le coeur jusqu'à ce qu'elles atteignent leur cible et s'attachent elles-mêmes aux murs de cellules et envoient leurs radiations à travers l'environnement. Ceci attaque les cellules cancéreuses de près et idéalement les détruit.

Lutetium-177 is a nuclide already used for clinical applications. As it decays, fast electrons, so-called beta particles, are generated. In human tissue they have a range of up to 100 micrometers, five times the diameter of a tumor cell. They can therefore also damage healthy tissue in the vicinity. Dr. Silvia Lehenberger, a radiochemist at the TUM, has now succeeded in producing the Terbium-161 nuclide pure enough and in quantities sufficient for therapeutic applications. The nuclide emits not only the beta particles, but also conversion and Auger electrons, which have a range of only 0.5 to 30 micrometers. Their ranges match the size of tumor cells, making them ideal for the treatment of small tumors and metastases. "Moreover, the nuclide has a higher energy content than comparable particles," explains Silvia Lehenberger. "This means smaller doses can be administered to the patient, which in turn means a reduction in the radiation exposure."

Le lutetium-177 est un nucléide déja en utilisation pour des applications cliniques. Comme il décline, le lutetium-177 diffuse ses électrons appelés bèta particules. Dans les tissus humains ces électrons rapides ont un rayon de 100 micromètres, c'est 5 fois le diamètre d'une cellules cancéreuses. Ils peuvent endommager le tissu sain donc. Le docteur Silvia Lehenberger, un radiochimiste a réussi à produire du Terbium-161 assez pure pour être utilisé en application thérapeuthique. Ce nucléide émet non seulement assez de particules béta mais aussi les électrons Auger ce qui a un rayon d'Action de ,5 à 30 micromètre. Ce rayon est l'équivalent de cellules cancéreuses ce qui le rend la molécule idéale pour le traitement des petites tumeurs et des métastases. De plus ce nucléide a une plus grande énergie que des particules coparables. Cela veut dire que de petites doses peuvent être administré au patient donc de plus petites exposition à la radiation.

Like lutetium or neodymium, which is familiar from high-power magnets, terbium is one of the so-called rare earth metals. The elements of the rare earths are extremely similar in chemical terms. Moreover, the raw material contains impurities which would not be permissible for a clinical application. It was therefore essential to develop suitable separation methods in order to be able to isolate the desired terbium-161 in as pure a state as possible. Coauthor and TUM colleague Christoph Barkhausen played a crucial role in the development of the separation method. The similarity of the rare earth elements also has an advantage, however: The medical application worked out for Lutetium-177 can also be used for Terbium-161.

Comme le lutetium ou le neodymium qui est une famille de materiau hautement magnétique, le terbium est un des métaux appelé "terre rare".

A cooperation between Silvia Lehenberger and researchers at the Paul Scherrer Institute in Villingen (Switzerland) has already been able to prove the effectiveness of the nuclide on cancer cells in the laboratory. This is only the first step on the road to the final medication, however. It must pass a great many tests before it can be administered to people in hospital.

The researchers produced the Terbium-161 nuclide from Gadolinium-160 by neutron irradiation at the Garching FRM II research neutron source. Terbium-161 is ideal for therapeutic purposes because it has a half-life of only 6.9 days. This has the advantage that, after it has been produced, it can be transported to the clinic where it is to be used without losing much of its activity; it also means that the radiation has already decayed to about one percent of its original value after 50 days.

La radiation a décliné à 1% de sa valeur originelle après 50 jours.

The work was undertaken as part of a cooperation between Radiochemistry Munich (RCM) at the TUM and the Laboratory for Radiochemistry and Environmental Chemistry and the Center for Radiopharmaceutical Sciences at the Paul Scherrer Institute (Villingen/Switzerland). The Terbium-161 was mainly produced at the neutron source of the Technische Universitaet Muenchen in Garching and additionally at the Institut Laue-Langevin in Grenoble and in the neutron source of the Helmholtz Center Berlin. Lutetium-177 for comparative tests was provided by Isotope Technologies Garching GmbH, which has been providing this nuclide to hospitals for many years for therapeutic purposes.

Des chercheurs de l'Institut Laue-Langevin (ILL) à Grenoble ont réussi à produire des isotopes radioactifs capables de s'attaquer uniquement aux cellules cancéreuses. C’est grâce à un petit réacteur nucléaire que cette piste très prometteuse dans la lutte contre le cancer a été conçue.

"Avec cet échantillon d'un quart de gramme, on peut produire assez d'isotopes radioactifs pour traiter cent patients atteints de cancer", explique le physicien Ulli Köster de l'Institut Laue-Langevin (ILL) de Grenoble en désignant un tout petit sachet en plastique transparent contenant une fine poudre blanche. En effet, ce chercheur tient dans sa main, une piste très sérieuse dans la lutte contre le cancer : des isotopes capables d'utiliser leur radioactivité pour détruire de manière ciblée les cellules cancéreuses.

C'est au sein du réacteur de l'Institut, normalement dédié à la production de neutrons pour l'étude de la matière, qu'est produite cette poudre depuis deux ans. Un usage bien différent de celui prévu lors de la construction de l'engin à la fin des années 1960 et qui consiste à produire des atomes radioactifs exotiques utilisés pour de nouveaux traitements ciblés contre des cancers.

La petite poudre blanche en question est composée d’un produit très rare : de l'ytterbium. Ce dernier, soumis à un flux de neutrons intense du réacteur peut se transmuter en un autre élément, cette fois radioactif, le lutétium 177. Celui-ci est alors utilisé dans des traitements plus efficaces que les chimiothérapies contre des formes de cancers présentant des petites métastases dispersées. Ainsi, contrairement à la radiothérapie habituelle, ces radioéléments ne vont pas irradier toute une région du corps mais seulement celle de la tumeur à éliminer. Une nouvelle méthode donc bien plus ciblée.

Des anticorps qui fixent les radioéléments aux cellules tumorales

C’est donc pour éviter au maximum d’irradier les autres organes internes et pour ne s’attaquer qu’aux cellules cancéreuses qu’un procédé a été mis au point grâce à la biotechnologie. Celui-ci fonctionne par l'intermédiaire d'anticorps spécifiquement développés pour ne se fixer qu'aux antigènes des cellules tumorales. "On sait maintenant accrocher un unique élément radioactif au bout d'un anticorps. Ce dernier sert en fait de vecteur, et va apporter l'isotope au plus près de la tumeur, là où la radioactivité sera la plus efficace pour tuer les cellules cancéreuses." précise Ulli Köster, cité par LeFigaro.fr.

Les premiers traitements de ce type utilisaient un élément radioactif assez courant en médecine, de l’iode 131 et ont montré leur efficacité contre les lymphomes, en particulier aux États-Unis. Mais "ce type d'isotope présente le grand inconvénient d'émettre des rayons gamma, qui sont très pénétrants et obligent à mettre les patients en isolation dans des chambres blindées", explique Jean-François Chatal, professeur émérite de médecine nucléaire, pionnier de la radioimmunothérapie en France qui travaille désormais à temps complet au nouveau cyclotron médical Arronax à Nantes.

C'est justement pour éviter ce genre d'inconvénient que des sites de recherche comme l'ILL de Grenoble et le cyclotron de Nantes produisent aujourd'hui des nouveaux isotopes possédant des caractéristiques plus ciblées.

Des radioéléments aux rayons d’actions très précis

Le lutétium 177 qui est généré dans le cœur du réacteur grenoblois, est utilisé dans le cadre de traitements expérimentaux contre le cancer de la . Ce radio-isotope présente l'avantage de n'émettre que des rayonnements bêta. Ceux-ci sont des électrons dont le rayon d’action ne dépasse pas 2 à 3 millimètres, soit à peu près l’équivalent de la taille des petites métastases contre lesquelles ces traitements sont les plus efficaces. D’ailleurs, des essais cliniques très prometteurs sont actuellement conduits avec cet élément contre des cancers de la prostate dans des phases avancées pour lesquels tous les autres traitements s'avèrent inopérants.

Outre la production du lutétium 177, le réacteur grenoblois produit également du terbium 161, aux propriétés similaires mais qui émet en plus des électrons dits d'Auger qui sont encore moins énergétiques, et capable de cibler avec une précision encore plus importante les cellules malades. Une installation dédiée à ces radioéléments est à l'étude, car pour le moment, leur production est plus manuelle qu’automatisée : "L'investissement serait de l'ordre de quelques millions d'euros, mais pourrait produire assez d'isotopes pour tous les patients concernés en Europe par ce type de traitement", assure Ulli Köster.