Publié le 24 octobre 2024 10h15. L’Institut italien de physique nucléaire (INFN) développe une technologie de pointe pour la production de radio-isotopes médicaux, ouvrant la voie à des traitements personnalisés et à des diagnostics plus précoces grâce à une nouvelle installation unique en Europe.
- L’INFN, fort de plus de 70 ans d’expertise héritée d’Enrico Fermi, se positionne comme un acteur majeur de la recherche en physique nucléaire et en applications médicales.
- Les Laboratoires nationaux de Lagnaro (LNL) sont au cœur de ce développement avec le projet SPES, une installation capable de produire des radionucléides innovants par deux méthodes complémentaires.
- Cette avancée promet une approche « théranostique », combinant diagnostic et thérapie personnalisée pour une efficacité accrue des traitements.
Depuis sa création en 1951, l’Institut italien de physique nucléaire (INFN) s’est imposé comme un centre d’excellence dans la recherche fondamentale et appliquée en physique nucléaire, physique des particules et astroparticules. L’institut poursuit également des travaux de développement technologique et d’applications concrètes au service de la société. L’INFN perpétue l’héritage scientifique d’Enrico Fermi, figure emblématique de la physique nucléaire.
Au sein des quatre laboratoires nationaux de l’INFN, les Laboratoires nationaux de Lagnaro (LNL), situés à Lagnaro, près de Padoue, se distinguent par leur expertise reconnue internationalement dans le domaine de la physique nucléaire et de ses applications. L’établissement dispose de cinq accélérateurs de particules et des technologies associées, lui permettant de mener des recherches de pointe.
Une production sélective d’espèces exotiques
L’avenir du LNL repose sur le projet SPES (Production Sélective d’Espèces Exotiques), une installation unique en son genre destinée à la recherche fondamentale en science nucléaire et à la production de radio-isotopes pour des applications médicales. Au cœur de SPES se trouve un cyclotron haute puissance capable d’accélérer des protons jusqu’à 70 MeV (mégélectronvolts) avec une intensité atteignant 700 μA (microampères).
SPES se démarque sur la scène européenne par sa capacité à produire des radionucléides innovants grâce à deux méthodes complémentaires : l’activation directe, via l’installation « larmoyante », et la technique d’iso-, utilisant l’installation « iso-pharm ». L’activation directe consiste à bombarder une cible spécifique avec des protons, la composition de cette cible étant optimisée pour produire les radio-isotopes médicaux souhaités (en termes de matériaux, d’enrichissement isotopique, de pureté et d’épaisseur). Après irradiation, un processus radiochimique permet d’extraire et de purifier l’isotope médicalement pertinent.
La technique d’iso-, quant à elle, utilise un faisceau de protons dirigé sur une cible de carbure d’uranium épais (UCX). Cette interaction génère des fragments de fission, dont la majorité sont libérés en raison des températures de fonctionnement élevées, généralement supérieures à 2000 °C. Ces noyaux migrent vers une source d’ions où les atomes neutres sont transformés en ions positifs chargés, qui peuvent ensuite être extraits sous forme de faisceau de particules grâce à des champs électriques intenses. Ce faisceau d’ions radioactifs est ensuite transporté, focalisé et injecté dans un filtre Wien, un séparateur de vitesse électromagnétique qui agit également comme spectromètre de masse. Ce dispositif permet de dévier et d’éliminer les particules de faisceau dont la masse diffère de celle des ions d’intérêt. La sortie du filtre Wien est un faisceau d’ions isobariques, idéalement composé des radionucléides recherchés, mais pouvant contenir des contaminants d’autres éléments chimiques de masse similaire, qui sont ensuite collectés sur des substrats appropriés. La combinaison de ces deux méthodes confère à SPES une grande polyvalence dans la production de radionucléides émergents, dont l’approvisionnement limité freine actuellement leur utilisation en recherche préclinique et clinique.
Vers des traitements personnalisés
L’intérêt majeur de ces nouveaux radionucléides médicaux réside dans leur capacité à adapter le rayonnement émis pour un diagnostic précoce (en utilisant des émetteurs γ ou β+) ou une thérapie ciblée (en utilisant des électrons α, auger et de conversion, ou des β-imitateurs). Récemment, l’approche « théranostique » a émergé, consistant à utiliser un seul radionucléide ou une paire de radionucléides pouvant être attachés au même radiopharmaceutique pour réaliser à la fois des procédures diagnostiques et thérapeutiques.
L’avantage principal des radiopharmaceutiques théranostiques est la possibilité de sélectionner les patients susceptibles de répondre positivement à un traitement spécifique, évitant ainsi l’administration de médicaments inutiles et coûteux. Il est ainsi possible d’utiliser d’abord un radionucléide diagnostique pour obtenir une image par SPECT (Tomographie par émission de photons unique) ou TEP (Tomographie par émission de positrons) afin de vérifier l’absorption du radiopharmaceutique par le tissu cible, avant d’administrer la dose thérapeutique appropriée en utilisant le même radiopharmaceutique marqué avec un radionucléide dont le rayonnement est adapté au traitement.
La communauté médicale encourage le développement de ces nouveaux radionucléides (à la fois pour le diagnostic et la thérapie) afin de répondre aux besoins spécifiques de chaque patient. Dans ce contexte, les recherches menées dans le cadre du projet SPES se concentrent sur les radionucléides théranostiques innovants 67Cu, 47Sc, 155Tb et 111Ag, ainsi que sur ceux utiles pour l’imagerie (99mTc et 52Mn), favorisant ainsi des études précliniques et cliniques dans ce domaine.
Une collaboration étendue
Ces activités de recherche sont menées grâce à un vaste réseau de collaborations nationales et internationales avec de nombreuses universités italiennes (Ferrara, Milan, Padoue, etc.), le CNR de Milan, le Laboratoire Lena (Pavia), l’Institut oncologique du Vénétie IOV_CRCCS (Padoue), l’hôpital Sacro Cuore Don Calabria (Negrar, Vérone), le Polyclinique Sant’orsola Malpighi (Bologne), l’hôpital Cannizzaro (Catane), l’hôpital Bambin Gesù (Rome) et d’autres centres de recherche italiens.
La stratégie de l’INFN-LNL, via l’installation SPES, est d’améliorer la production et la recherche et développement pour la théranostique, et de fournir des radiopharmaceutiques basés sur ces radionucléides innovants au secteur médical, en partenariat avec des initiatives publiques et privées. L’installation SPES contribuera ainsi, grâce aux deux méthodes décrites, au développement de nouveaux radionucléides pertinents pour la médecine, dotés de caractéristiques physico-chimiques spécifiques, afin de créer des radiopharmaceutiques innovants capables de répondre aux exigences de chaque patient, une étape importante vers la médecine personnalisée – le bon patient, le bon médicament, la bonne dose, au bon moment.
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