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20-01-2020

De nombreuses substances radioactives sont utilisées en imagerie médicale et en thérapie, mais les ressources sont limitées. Plusieurs laboratoires se tournent vers les accélérateurs de particules pour répondre à la demande.

Brigitte Guérin, spécialiste en radiochimie, et Éric Turcotte, médecin nucléaire au Centre hospitalier universitaire de Sherbrooke. Photo: CRCHUS

Radioactivité. Le terme peut alarmer, évoquant tout de suite des catastrophes comme celle de Tchernobyl. Or, des substances radioactives, appelées isotopes médicaux, sont utilisées chaque jour dans les hôpitaux pour faire de la radio-imagerie. Selon l’Agence internationale de l’énergie atomique, « 80% des examens d’imagerie médicale diagnostique effectués dans le monde font appel au molybdène-99 (99Mo) et à son descendant, le technétium-99m (99mTc) ».

Le principe ? Ces marqueurs sont utilisés seuls ou en association avec un « vecteur », et se fixent de façon spécifique sur certains organes (thyroïde, os…) ou certaines lésions. Les rayons gamma qu’ils émettent permettent d’obtenir une image (voir encadré plus bas).

Seulement voilà, les isotopes médicaux les plus populaires et prometteurs sont disponibles en quantité limitée. Prenons le technétium-99m. Il s’obtient par la désintégration du molybdène-99, un isotope provenant de réacteurs nucléaires. Mais l’avenir du marché est imprévisible. « L’arrêt prolongé des réacteurs NRU (Chalk River, Canada [NDLR : qui n’est plus en fonction depuis 2018]) et HFR (Petten, Pays-Bas) pendant près d’un an pour des réparations majeures a mené à une pénurie mondiale d’approvisionnement en technétium en 2009. Ces deux réacteurs comptaient pour 70 % de l’approvisionnement mondial et personne n’était préparé à cette pénurie », rapporte Brigitte Guérin, spécialiste en radiochimie. « En sol canadien, plus de 600 appareils d’imagerie sont basés sur le technétium-99m. Si nous le perdions demain, tous ces appareils ne seraient plus utilisables », ajoute son collègue, le médecin nucléaire Éric Turcotte. Tous deux sont également professeurs et chercheurs au Centre hospitalier universitaire de Sherbrooke (CHUS).

Afin de s’affranchir des fluctuations du marché nucléaire, plusieurs laboratoires, dont celui de Sherbrooke, ont cherché une solution de rechange aux réacteurs. Ils utilisent un cyclotron, un petit accélérateur de particules circulaire d’environ deux mètres de diamètre. Durant le processus, un faisceau de protons bombarde une cible de molybdène-100. Ce dernier émet deux neutrons et se transforme directement en technétium-99m. Le cyclotron permet ainsi de produire en fonction de la demande et sans générer de déchets nucléaires.

Les chercheurs de Sherbrooke ont déjà démontré que ce technétium-99m produit à l’aide d’un cyclotron a les mêmes propriétés que son homologue provenant du réacteur nucléaire. Une première étude clinique publiée en 2016 a été réalisée avec du pertechnétate, utilisé avec le technétium pour imager la glande thyroïde. Une prochaine étude est en cours et validera l’isotope pour deux autres vecteurs en imagerie cardiaque et osseuse.

Une rareté thérapeutique

Cyclotron de Vancouver. Photo: CRCHUS

À l’autre bout du pays, un autre cyclotron s’active, celui du laboratoire TRIUMF, à Vancouver. Autrefois dédié à la production de technétium-99m aux côtés du laboratoire de Sherbrooke, il a ajouté un isotope à son répertoire il y a quelques années : l’actinium-225. Cet isotope doit sa popularité à des résultats encourageants provenant d’études cliniques européennes, cette fois pour soigner des cancers, lorsqu’on le combine à un anticorps qui cible la tumeur. « La réponse à l’isotope est assez spectaculaire même dans le cas de cancers considérés incurables, principalement certains cancers avancés de la prostate », rapporte Paul Schaffer, directeur de la médecine nucléaire au laboratoire TRIUMF.

Prometteur, mais extrêmement rare, au point d’être surnommé le « médicament le plus rare au monde ». L’actinium-225 est produit par la désintégration du thorium-229, lui-même dérivé de l’uranium-233 produit dans les années 1950 à 1970 pour la recherche sur les armes nucléaires. Or, la production mondiale actuelle n’est suffisante que pour quelques centaines de patients par année.

Paul Schaffer, directeur de la médecine nucléaire au laboratoire TRIUMF. Photo: CRCHUS

C’est par hasard que TRIUMF a pris en charge la production. Paul Schaffer a découvert que leur cyclotron en générait une quantité importante comme sous-produit lors d’autres réactions ̶ plus que l’ensemble de l’offre mondiale.

Aujourd’hui, les chercheurs le produisent directement en bombardant du thorium-232, un isotope plus accessible que son homologue nucléaire puisqu’il est extrait du sol. En octobre 2019, TRIUMF a annoncé le succès du premier cycle de production d’actinium 225 purifié. Une bonne nouvelle, qui pourrait déboucher sur le lancement de nouveaux essais cliniques.

Son efficacité thérapeutique provient de sa chaîne de désintégration qui produit trois autres isotopes de manière consécutive. C’est équivalent à un projectile qui frapperait une même cible à quatre reprises puisque chacun des isotopes se désintègre en émettant une particule alpha. Cette dernière est constituée de deux protons et deux neutrons, comme le noyau d’un atome d’hélium.

La particule voyage sur une distance de quelques cellules seulement avant qu’elle ne manque d’énergie. « En focalisant l’actinium sur la zone à traiter, toute l’énergie des désintégrations alpha se concentre dans les cellules cancéreuses sans affecter les cellules saines qui se trouvent plus loin », explique Paul Schaffer. Que ce soit pour le technétium-99m ou l’actinium-225, le Canada se positionne comme un chef de file dans le développement de nouvelles technologies pour la production d’isotopes médicaux. « C’est une fierté de voir un réel impact sociétal. Nous avons hâte que des patients soient traités avec les isotopes que nous produisons », souligne le directeur de TRIUMF. Les dernières avancées en production annoncent un avenir prometteur à la médecine nucléaire, de quoi améliorer l’image de la radioactivité.

Cet article est produit en partenariat avec l’Institut de chimie du Canada.

Comment fonctionnent les isotopes médicaux ?

Mais comment imager le corps à partir d’une substance radioactive ? Une caméra gamma capte les photons émis lors de la désintégration des isotopes médicaux. Ces éléments radioactifs cherchent à atteindre un état stable et libèrent de l’énergie sous forme de rayons gamma pour y arriver. Afin de cibler la zone d’intérêt dans le corps du patient, l’isotope médical est jumelé à un traceur spécifique qui lui sert de véhicule.

Le technétium-99 est principalement en imagerie cardiaque et pulmonaire. Il sert aussi pour la scintigraphie osseuse, un test pour diagnostiquer des métastases osseuses, des fractures, des maladies osseuses métaboliques et les atteintes articulaires inflammatoires.

Cet isotope a été choisi pour la qualité des photons qu’il émet. « Afin de produire des images, il faut avoir des rayons gamma assez énergétiques pour sortir du patient. En revanche, s’ils sont trop énergétiques, ça peut créer une distorsion dans l’image et la rendre floue. L’énergie du photon du technétium à 140 keV (kiloélectronvolt) était un bon compromis », souligne le Dr Éric Turcotte.

La courte demi-vie du technétium-99m représente un autre avantage. En six heures, la moitié des isotopes s’est désintégrée, et après douze heures, il n’en reste que le quart. La quantité diminue ainsi jusqu’à ce que toute la substance disparaisse. « On ne veut pas que le patient soit radioactif une semaine ou un mois. Avec une demi-vie de six heures, le technétium ne demeure pas dans le corps trop longtemps, mais il laisse la possibilité de refaire des images plus tardivement si nécessaire, sans avoir à en réinjecter », indique-t-il.

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