Radiothérapie fractionnée spatialement : études dosimétriques et précliniques des photons aux ions lourds.

La radiothérapie (RT) constitue un pilier de la prise en charge du cancer, mais son efficacité reste souvent limitée par la tolérance des tissus sains adjacents. La radiothérapie fractionnée spatialement (SFRT) s'est imposée comme un paradigme transformateur remettant en cause la délivrance uniforme de la dose et offrant le potentiel d'un meilleur contrôle tumoral avec une toxicité réduite. Cette thèse explore l'optimisation de la SFRT à travers plusieurs modalités de rayonnement — des photons et protons aux ions lourds et aux émetteurs multi-particulaires β-retardés — en combinant une approche dosimétrique et préclinique. Sur le plan physique, des outils avancés de planification et des simulations Monte Carlo ont été développés pour évaluer la radiothérapie par mini-GRID (mini-GRT) photonique et la radiothérapie par mini-faisceau de protons (pMBRT), établissant ainsi des cadres d'optimisation en vue d'une future traduction clinique. Des concepts innovants, tels que l'intégration d'émetteurs multi-particulaires β retardés dans des approches mini-faisceau, ont également été étudiés afin d'exploiter un dépôt de dose à haut transfert d'énergie linéaire (TEL) pour traiter les tumeurs radiorésistantes. Sur le plan biologique, des études précliniques in vivo ont évalué la sécurité et l'efficacité thérapeutique de la radiothérapie par mini-faisceau de néon (NeMBRT) dans différents modèles de tissus sains et tumoraux. Par ailleurs, l'application potentielle de l'irradiation partielle de la tumeur ciblant les régions hypoxiques (PATHY) en RT a été explorée dans un modèle de gliome, afin d'en évaluer la faisabilité comme stratégie thérapeutique innovante pour ces tumeurs particulièrement agressives. Dans l'ensemble, ce travail fournit une évaluation dosimétrique et radiobiologique complète de nouvelles stratégies de SFRT, démontrant comment le fractionnement spatial combiné à la thérapie par particules peut élargir la fenêtre thérapeutique. Ces résultats ouvrent la voie à de nouvelles perspectives thérapeutiques dans des situations cliniques complexes, telles que les tumeurs volumineuses, hypoxiques ou pédiatriques, contribuant ainsi à l'avancée de la RT de nouvelle génération.