L ANTI-MATIERE : UN OUTIL DE LUTTE CONTRE LE CANCER

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1 L ANTI-MATIERE : UN OUTIL DE LUTTE CONTRE LE CANCER Denis MARIANO-GOULART Département de biophysique et médecine nucléaire Faculté de médecine de Montpellier

2 PLAN 1 L anti-matière 2 La médecine nucléaire 3 La Tomographie par Emission de Positons 4 Exemples cliniques 5 Perspectives pour un futur proche

3 Découverte des anti-particules

4 La physique après Newton et Maxwell? Lord Rayleigh, 1898 : «la physique est pratiquement terminée, il ne reste que deux petites choses à examiner et ce sera l affaire des années suivantes» D. Hilbert, 1900 Le 6 des 23 problèmes : «L axiomatisation de la physique»

5 Une ampoule à rayons cathodiques U C - A+ - V + Röntgen 1895

6 qui ménage des surprises, U C A Röntgen 1895

7 qui ménage des surprises, U C A - V + Röntgen 1895

8 fait découvrir les rayons X, U C e - A X - V + Röntgen 1895

9 et la radioactivité naturelle. C A U X e - U - V + Becquerel 1896 Röntgen 1895

10 Des rayonnements pénétrants et détectables U C e - A X - V + Becquerel 1896 Curie 1898 Röntgen 1895 Rutherford 1899 Villard 1900

11 Découverte de la structure de l atome e - Thomson 1897 p Rutherford 1919 n Chadwick 1932

12 Renouveau de la physique théorique 1900 : M. Planck 1905 : A. Einstein E = m.c²

13 Renouveau de la physique théorique M. Planck N. Bohr E. Schrödinger L. de Broglie W. Heisenberg A. Einstein E = m.c²

14 Renouveau de la physique théorique 1929: PAM Dirac : E = ± p2 c2 + m2c4 Théorie Quantique et relativiste de l e - E > 0 E < 0 e -

15 Renouveau de la physique théorique 1929: PAM Dirac : E = ± p2 c2 + m2c4 Théorie Quantique et relativiste de l e - E > 0 Energie E < 0 e - e + Energie e - + e +

16 Renouveau de la physique théorique 1929: PAM Dirac : E = ± p2 c2 + m2c4 Théorie Quantique et relativiste de l e - E > 0 E < 0 e - e + Energie E > 0 E < 0 e - e - + e + Energie

17 Renouveau de la physique théorique 1932: C. Anderson : Découverte d e + dans le rayonnement cosmique

18 Les Curie, des alchimistes 1 0 n Po α Al 4 2 He Si 0 1 e Pb B Reprise de l expérience initiale de Bothe et Becker

19 qui découvrent (aussi) 1 0 n Po α Al 4 2 He Si 0 1 e Pb B

20 la radioactivité artificielle 1 0 n Po α 4 2 He Al P Si 0 1 e Pb B CRAS 15/1/1934 : RA artificielle et désintégration β +

21 L énergie du positon? 0 1 e P Si E d = { M(P) [M(Si) + m(e + )] }.c²

22 L énergie du positon? Nb 0 1 e + E P Si E d E = M M + Si Si M e E d E d E d = { M(P) [M(Si) + m(e + )] }.c²

23 est elle perdue? 0 1 e + Nb? P Si E m E d E

24 est elle perdue? 0 1 e + Nb? P Si E m E d E 1922, Meitner : ralentissement des e , Ellis et Wooster : calorimétrie

25 est elle perdue? 0 1 e + Nb? P Si E m E d E 1922, Meitner : ralentissement des e , Ellis et Wooster : calorimétrie E m E d /3

26 La lettre de Pauli à Meitner et Geiger W. Pauli : 1930 E. Fermi : e + Nb E ν ν E e E d E P Si ν: : neutrino, de masse et de charge nulle

27 Que devient le positon émis? γ 2-3 mm e + e - e + + e - γ + γ γ 2 PHOTONS partant a 180 d énergie E = 511 kev = m e c²

28 Donc, 2 familles d émetteurs γ : Emetteurs de photons uniques γ : γ Tc, (Xe, Kr, Ga, Tl, In ) Tc Emetteurs de positons β + : F, (C, N, O, ) 18 8 O γ 18 9 F γ

29 Principes de la médecine nucléaire

30 Si on accroche un atome radioactif γ ou β + (marqueur) à une molécule biologiquement active (vecteur( vecteur) ) On obtient un TRACEUR METABOLIQUE DETECTABLE HO HO OH O 18 F OH 123 I NH C NH NH 2

31 On pourra alors créer une image FONCTIONNELLE et même irradier in situ des tumeurs! mais il faut produire des isotopes et détecter les photons γ!

32 Fabrication des isotopes Séparation isotopique des produits de fission : 99 Tc, 131 I, 133 Xe U + n th Zr Nb Mo 99m 43 Tc Bombardement particulaire : 18 F, 201 Tl, 123 I, 111 In, 67 Ga CYCLOTRON : Exemple du 18 9 F

33 Le cyclotron (E Lawrence 1930) evb = mv²/r U H - B 1-2 h 18 OH O + p 18 9 F * + n 10 MeV C

34 Détecteurs de photons γ (Anger 1956)

35 Le tomographe par émission de positons

36 Tomographie par émission d e

37 Artefacts de détection Fenêtre de détection des coïncidences

38 Artefacts de détection Fenêtre de détection des coïncidences

39 Artefacts de détection Fenêtre de détection des coïncidences

40 Tomographie de transmission X I 0 ln I I 0 = k.( ρ + ρ I 2 ρ n )

41 Imagerie TEP-TDM TDM (PET-SCAN) Correction d artefacts Localisation anatomique

42 Exemples cliniques en cancérologie

43 Métabolisme cellulaire du glucose Récepteur Glucose HK,GK Ribose-5P PFK - ATP O2 PK Pyruvate Lactate

44 Cas d une cellule cancéreuse Récepteur Récepteur Glucose Récepteur GF, Ras HK,GK Ribose-5P PFK - ATP O2 PK Pyruvate Lactate

45 Cas d une cellule cancéreuse Récepteur Récepteur Glucose Récepteur GF, Ras HK,GK Ribose-5P PFK - ATP O2 ADN PK Pyruvate Lactate

46 Fixation normale du FDG Cerveau Tissu lymphoïde Cœur Urine ± Foie, rate

47 Cancer ORL

48 Mélanome

49 Lymphome agressif

50 Poumon : nodule bénin (I)

51 Poumon : ADC (II)

52 Poumon : CBA (III)

53 ATCD cancers du rein et du rectum

54 Perspectives pour un futur proche

55 Hibernation myocardique

56 Epilepsie temporale gauche IRM FDG-TEP

57 Maladie d Alzheimer Hypofixation temporo-pariétale du FDG

58 Paralysie psychique du regard Incapacité à : 1 orienter le regard 2 saisir un objet présenté à la vue 3 reconnaître plusieurs objets visuellement

59 «L imagerie moléculaire» Hémi Parkinson cliniquement gauche IRM 1 H Métabolisme 18 FDG 18 F-DOPA, voie Pré-synaptique Perte fonction DaT Putamen D 18 F-Ethyl Spipérone, voie Post-synaptique Pas d atteinte RD2

60 Merci de votre attention