Les équipes de l’INRS et de Infinite Potential Laboratories (IPL). De gauche à droite : Steve MacLean, Sylvain Fourmaux, François Fillion-Gourdeau, Stéphane Payeur, Simon Vallières et François Légaré. Simon Vallières tient la parabole focalisante. Photo: INRS
On a réussi à générer par laser, dans l’air ambiant, des faisceaux d’électrons assez puissants pour détruire des tumeurs. Une percée qu’on estimait impossible.
Pour réduire certaines tumeurs cancéreuses, les radio-oncologues les bombardent pendant quelques minutes avec un intense faisceau d’électrons, projetés par des accélérateurs. On fait alors le maximum pour détruire les cellules malades en tentant de limiter les dégâts dans les tissus sains autour.
Mais on a découvert récemment, lors d’essais pré-cliniques, qu’un faisceau d’électrons d’une énergie plus grande, livré sous forme d’impulsions ultra-brèves, diminuait ces dommages périphériques. C’est la radiothérapie de type « FLASH ». Le problème : la seule façon d’obtenir ces électrons énergétiques était d’utiliser des jets de gaz dans des chambres à vide, un système encombrant et peu pratique en milieu hospitalier.
Plus maintenant. Une équipe de l’Institut national de la recherche scientifique (INRS) à Varennes a réussi à produire, dans l’air ambiant, un rayonnement près de 1000 fois plus énergétique que ce qui était possible jusqu’alors. « Quand mes collègues m’ont invité à observer l’expérience, je n’en revenais pas, raconte François Légaré, directeur du Centre Énergie Matériaux Télécommunications (EMT) de l’INRS et leader du projet. S’ils m’avaient dit qu’ils voulaient tenter de produire des électrons comme ça, dans l’air, je leur aurais dit que c’était impossible ! »
Avec raison ! Si on concentre très finement les impulsions d’un laser dans l’air ambiant, on peut effectivement arracher les électrons des molécules de l’air et leur donner une forte accélération. Mais cela crée une bulle de gaz ionisé dans l’air (un « plasma ») qui perturbe la bonne focalisation du laser et limite l’énergie transmise. Les électrons forment donc un faisceau trop faible pour la radiothérapie.
C’est un peu par hasard que les scientifiques du Centre EMT ont réussi cet exploit. Ils venaient d’augmenter la puissance maximale d’un laser pulsé, et l’ingénieur Stéphane Payeur travaillait à en optimiser la focalisation. Un compteur Geiger, un appareil qui mesure les rayons X produits quand on accélère des électrons, devait signaler quand la bonne focalisation serait obtenue. En principe, ce rayonnement secondaire aurait dû être très faible, mais, contre toute attente, le compteur Geiger s’est mis à cliqueter de façon effrénée. Des électrons très énergétiques avaient été produits !
La clé de ce succès : ce laser génère des impulsions d’à peine quelques femtosecondes (des millionièmes de milliardièmes de seconde) et possède une longueur d’onde infrarouge plus grande que la majorité des lasers utilisés dans les laboratoires. Sur la base de simulations par ordinateur, l’équipe a pu démontrer qu’avec des impulsions de ce type et aussi brèves, les effets perturbateurs du plasma n’ont pas le temps d’apparaître.
C’est Simon Vallières, alors stagiaire postdoctoral, qui a eu la tâche d’expliquer ce résultat inattendu. Formé en physique médicale, il a immédiatement vu le potentiel de cette technologie dans le domaine de la radiothérapie de type « FLASH ». La découverte a été publiée fin 2023 dans la revue Laser & Photonics Reviews.
« Personne n’a encore su expliquer le mécanisme thérapeutique de l’effet FLASH », souligne Simon Vallières, en ajoutant que la très courte durée des impulsions d’électrons de leur appareil est idéale pour étudier cet effet, comparativement aux impulsions plus longues générées par les équipements présentement utilisés dans les hôpitaux.
La société Infinite Potential Laboratories, dont l’astronaute canadien Steve MacLean est le directeur technique, a financé cette recherche conjointement avec le Conseil de recherches en sciences naturelles et en génie du Canada, et elle détient les brevets pour le développement commercial de ce système. Signe que la découverte suscite l’engouement en cancérologie, l’équipe de l’INRS a déjà établi des collaborations avec le Centre universitaire de santé McGill, le Centre hospitalier de l’Université de Montréal et le Centre Armand-Frappier pour des recherches sur l’effet FLASH sur des cellules et, à terme, des animaux.
Ont aussi participé à cette découverte : Jeffrey Powell, Marianna Lytova, François Fillion-Gourdeau, Sylvain Fourmaux, Stéphane Payeur, Philippe Lassonde (Institut national de la recherche, Varennes) ; Tanner Connell, Michael Evans (Centre universitaire de santé McGill) ; l’Université de Waterloo (Ontario).
L’avis du jury
Le fait de pouvoir produire de façon plus pratique des faisceaux d’électrons, avec un laser dans l’air ambiant, est un progrès de taille pour le développement de ces nouvelles thérapies, notamment en cancérologie.
