La physique des particules : Un moteur important de l'innovation pour la médecine

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L’année 2012 marque le 10e anniversaire du réseau ENLIGHT (European Network for Light Ion Therapy) – l’occasion idéale de revenir sur les importantes contributions que la physique des particules a apportées à la médecine au fil des ans. Difficile de savoir par où commencer, mais comme 2012 correspond également au 20e anniversaire du prix Nobel de Georges Charpak, commençons par là.

Ce prix Nobel s’était fait attendre. Il fut décerné à Georges Charpak pour « l'invention et la mise au point de détecteurs de particules, en particulier la chambre proportionnelle multifils », qui datait de 1968. Dans les années qui suivirent, ces instruments allaient révolutionner la physique des particules, en permettant d’enregistrer les collisions de particules de manière électronique et non plus optique, ce qui conduira aux différentes techniques de détection électronique de particules utilisées aujourd’hui. Un aspect dûment relevé par le Comité Nobel, qui souligna aussi l’énergie déployée par Charpak pour appliquer la technologie à la médecine. Aujourd’hui, les détecteurs « à la Charpak » sont omniprésents dans les hôpitaux et, poursuivant sur la même voie, la collaboration Medipix développe des détecteurs à pixels de pointe aussi bien pour la physique des particules que pour la médecine.

Un autre apport ancien remonte aux années 1970, lorsque des scientifiques du CERN contribuèrent à la construction d’un scanner de tomographie par émission de positons (TEP) pour l’Hôpital cantonal de Genève. Ces scanners sont aujourd’hui devenus des produits commerciaux ; nombre d’entre d’eux reposent sur les technologies des détecteurs à cristaux mises au point pour l’expérience L3 au LEP, dans les années 1980. Certains sont même devenus des scanners hybrides TEP/IRM grâce à l’électronique développée pour CMS.

Que dire d’ENLIGHT ? Les exemples que je viens de citer ont tous trait au diagnostic, mais les faisceaux de particules peuvent aussi servir à lutter efficacement contre le cancer. Robert Wilson, fondateur du Fermilab, fut l’un des premiers à le reconnaître lorsqu’il observa que les faisceaux de protons, par exemple, peuvent être réglés de manière à déposer toute leur énergie sur la tumeur, en limitant les dommages pour les tissus avoisinants. Moins de 10 ans plus tard, en 1954, le premier patient est traité par protonthérapie au Lawrence Berkeley National Laboratory (États-Unis). En 1957, le premier patient européen est soigné à l'Université d'Uppsala (Suède), et quelques années plus tard, l'Institut national des sciences radiologiques (NIRS) japonais lance des recherches sur la thérapie par ions carbone.

Les dégâts déjà limités de ces nouvelles thérapies sont encore réduits grâce aux faisceaux d’ions légers, comme l’ont démontré avec succès des laboratoires de recherche comme le GSI en Allemagne, le PSI en Suisse et TRIUMF au Canada. Dans les années 1990, le CERN a pris conscience qu’il fallait une conception d'accélérateur spécifique pour ces installations, ce qui a donné lieu au lancement de l'étude PIMMS (Proton Ion Medical Machine Study). Aujourd’hui, cette étude est à la base d’un certain nombre d’installations, notamment le centre italien de thérapie hadronique (CNAO), qui a récemment traité son premier patient au moyen d’ions.

Le réseau ENLIGHT a été créé pour tirer parti des liens entre la physique des particules et la médecine, et, au cours de ses dix premières années d’existence, il a remporté un certain nombre de succès, notamment le lancement d’un nouveau type de conférences réunissant physiciens et médecins. Ce genre de collaboration est précieuse pour la médecine et inestimable pour la physique des particules. Elle constitue un apport tangible de la science fondamentale à la société, et les développements issus de nos technologies sont souvent repris par l’industrie et perfectionnés pour devenir des produits utiles à nos recherches.