La radiobiologie


La radiobiologie étudie principalement les effets biologiques des rayonnements sur les êtres vivants. Dans notre cas, nous allons nous concentrer sur l’effet biologique des rayonnements ionisants. Elle est également l’ensemble des techniques d’analyse des liquides biologiques contenant des radio-isotopes.
Les radiations créent des radicaux libres, lesquels sont hautement réactifs et attaquent les brins d’ADN. C’est l’effet le plus important de l’irradiation. Les radicaux libres les plus communs sont les HO· et le H·, produits de la cassure de façon homolytique (les électrons de la liaison sont répartis équitablement, un par chaque radical) de la molécule d’eau.





Ce point (•) à côté des radicaux indique qu’il leur manque un électron sur la couche la plus externe. Ils sont les plus communs étant donné que le corps est formé de 2/3 d’eau.

Le fait d’avoir cet électron libre dans la dernière couche cachée fournit aux radicaux une grande facilité à provoquer des réactions chimiques anormales qui peuvent arriver à perturber le fonctionnement et la structure du complexe cellulaire.

L’ADN est le constituant principal des chromosomes qui interviennent dans les processus de transfert d’information génétique des cellules mères aux cellules filles ainsi que dans la synthèse de protéine grâce à l’intermédiaire des différents ARN (support génétique intermédiaire de nos gènes pour fabriquer les protéines dont elles ont besoin). Ainsi, les destructions des molécules ADN entraînent le mauvais fonctionnement de la cellule.

L’altération la plus significative est due au radical OH• et est nommée rupture ou cassure de chaîne. Plus la dose reçue est grande, plus le nombre de ruptures croît. Il existe deux sortes de ruptures de chaîne : la cassure simple brin (CSB) est caractérisée par l’écart entre les extrémités du brin après la rupture à cause de la pénétration des molécules d’eau dans la brèche (lésions réparables), et la cassure double brin (CDB) est caractérisée par la rupture simultanée des deux brins d’ADN à une distance de moins de 3 nucléotides.

À l’aide des images suivants, on peut se faire une idée sur la nature des chromosomes ainsi que la structure générale de la molécule ADN.

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Localisation et structure du chromosome eucaryote - Source: wikipedia.org

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Structure de l'ADN: les brins et les nucléotides - Source: wikipedia.org

En résumé, la mort cellulaire est due aux rayonnements ionisants et est la conséquence des altérations de l’ADN. Lorsque l’ADN est modifié, la cellule devient incapable de se diviser, ce qui entraîne sa mort de façon différée, i.e. non immédiate. La lésion la plus létale est la CDB. Seules les cellules qui se divisent sont radiosensibles, ce qui veut dire que les neurones, les hématites et les leucocytes seront radiorésistantes.

Restauration cellulairehaut_de_page.gif


La restauration cellulaire, c.à.d. la réparation de certaines lésions de l’ADN des cellules, varie selon que l’on parle de cellules saines ou de cellules cancéreuses. Les mécanismes enzymatiques qui permettent la bonne réparation des cellules sont beaucoup plus efficaces lorsqu’on parle de cellules saines que lorsqu’on parle de cellules cancéreuses. Ceci est d’ailleurs la raison pour laquelle les irradiations sont fractionnées en plusieurs séances. Lorsque l’on applique la première radiation au tissu, toutes sortes de cellules seront endommagées de la même manière. C’est lors de cette première séance que le processus de restauration cellulaire intervient. Chez les cellules saines, ce processus est rapide et chez les cancéreuses, le processus reste plus lent. Par conséquent, lorsque l’ensemble de cellules reçoit le rayonnement suivant, les cellules saines auront eu le temps de récupérer, à la différence des cellules cancéreuses qui n’auront pas réussi à se restaurer. Ainsi, au fur et à mesure des séances d’irradiation, d’avantage de cellules cancéreuses resteront irréparables, c'est-à-dire qu’elles finiront par mourir, jusqu’à atteindre l’élimination totale de celles-ci. On peut voir ce processus très bien représenté ci-dessous.

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La restauration cellulaire - Source: Sebban (2003)

Où:
(1) est la courbe de récupération cellulaire du tissu sain stable,
(2) est la même courbe, mais par un tissu cancéreux en croissance,
(3) sont les séances d’irradiations, qui tuent le même pourcentage des deux sortes de cellules,
(4) montre qu’entre la 1re et la 2e séance, les cellules saines restaurent mieux les lésions infraléthales de leur ADN que les cellules cancéreuses, et
(5) et (5'), destruction totale des cellules cancéreuses et restauration complète du tissu sain


Le Turn-over des tissushaut_de_page.gif


Le turn-over des tissus est décrit come étant la vitesse du renouvellement du tissu en temps normal. Les radiolésions existantes lors d’une irradiation quelconque dépendront en grande mesure de la vitesse de renouvellement, c.à.d. de son turn-over.

Un tissu est constitué de deux compartiments, le compartiment germinatif (chargé du renouvellement des cellules) et le compartiment différencié (chargé du bon fonctionnement du tissu). Seul le compartiment germinatif est radiosensible, mais l’effet qu’ont les irradiations sur le tissu dépendra du « turn-over » du compartiment différencié.

Des tissus tels que le sang, la peau, l’intestin, l’ovaire ou la muqueuse O.R.L, ont un « turn-over » du compartiment différencié élevé et subissent des réactions précoces après l’irradiation. D’autres, tels que l’os, le muscle, le foie, le rein ou le tissu nerveux ont un « turn-over » lent et subissent des réactions nulles ou tardives.

Plus le renouvellement du compartiment différencié est rapide, plus les irradiations sont efficaces, car des cellules (celles du compartiment différencié, donc celles qui n’ont pas été irradiées) meurent rapidement et ne sont pas remplacées (renouvelées), puisque le compartiment germinatif, lequel garantit le renouvellement des cellules, a été endommagé par l’irradiation. À contrario, lorsqu’on parle d’un « turn-over » lent, dès que les cellules du compartiment différencié meurent, le compartiment germinatif a eu le temps de produire des nouvelles cellules (pas de lésions), ou presque totalement (lésions tardives), et peut fournir le bon renouvellement.

Empirisme et notion de dose de contrôle tumoralhaut_de_page.gif


La dose de contrôle tumoral est la dose nécessaire pour obtenir dans 90 % des cas la stérilisation locale définitive de la tumeur. On connaît de manière empirique et avec une bonne précision cette mesure, laquelle dépend, principalement, de ces trois facteurs :
  • La nature de la tumeur, p.ex. une tumeur qui se caractérise par une grande proportion d’oxygène aura besoin d’une dose plus faible qu’une tumeur qui subit l’hypoxie.
  • Le type histologique de la tumeur c.à.d. selon la structure microscopique, le développement et les fonctions du tissu cancéreux. Grâce à l’expérience, on sait que certains types de tumeur ont besoin des doses plus ou moins fortes afin que le cancer soit stérilisé à 90 %.

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  • Le volume tumoral. La dose de contrôle tumoral requise croît à mesure que le volume augmente. On arrive à valeur de 75 – 85 Gy lorsqu’on parle de grandes tumeurs, et à 45 – 60 Gy quand on parle de tumeurs infracliniques, ces tumeurs sont présentes après une intervention de chirurgie.

Dose_de_contröle_moyenne_afin_de_stéréliser_la_tumeur_selon_volum_tumoral.jpg

On doit tenir compte du fait que les variations intratumorales, c.à.d. entre tumeurs semblables, sont grandes. Deux tumeurs qui, à priori, se ressemblent, peuvent être traitées avec des doses extrêmement différentes. De plus, une dose trop haute peut entraîner des conséquences irréversibles, il faut donc toujours respecter la dose de tolérance des organes critiques.

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