Dosimétrie pour l'évaluation in vitro de la radiothérapie interne vectorisée par émetteurs alpha

Abstract

Assessment of the benefits of a new radiopharmaceutical developped for targeted radionuclide therapy (TRT), as well as the construction of new radiobiological models heavily relies on in vitro assays. These assays require precision dosimetry to relate a biological response to a given irradiation. For the assessment of alpha-emitting radiopharmaceuticals, a new dosimetric system relying on energy spectroscopy of the alpha-particles emitted close to the cell medium has been developped. Silicon detectors were placed directly below the culture wells, which bottom was made of a thin foil of mylar to allow the transmission of the alpha-particles from the culture medium towards the detectors. A humidity-tight chamber allowing the contact between the detectors and the culture wells while protecting the formers from the atmosphere of the incubator has been conceived as well. In a first step, the detection setup was experimentally characterized. A spectral analysis algorithm allowing the evaluation of the activity spatial distribution in culture medium was then developped. Theses distributions are then converted into delivered doses through Monte-Carlo simulations, following the MIRD dosimetric formalism. The performances of the algorithm have been assessed via simulation of irradiations, with a dosimetric error systematically below 3%. The new dosimetric system has finally been used experimentally for irradiations with 223Ra and 212Pb. These assays highlighted a dependency of the activity spatial distribution with experimental conditions, as well as a significant variability of the delivered doses for a given injected activity (up to more than 100% of standard deviation). These assays thus experimentally validated the use and demonstrated the necessity of the new dosimetric system developped in this work.L'évaluation des bénéfices associés au développement d'un nouveau radiopharmaceutique pour la radiothérapie interne vectorisée (RIV) ou l'établissement de nouveaux modèles radiobiologiques nécessite la réalisation d'essais in vitro. Mettant en relation des effets biologiques observés et l'irradiation réalisée, ces essais nécessitent de réaliser une dosimétrie de précision. Au cours de cette thèse, un nouveau système de dosimétrie adapté à l'évaluation de radiopharmaceutiques émetteurs alpha a été conçu. Il se base sur une spectroscopie en énergie des émissions alpha à proximité des cellules par des détecteurs à semi-conducteurs en silicium. Les détecteurs sont placés directement sous les puits de culture, qui ont été conçus avec un fond mince en mylar pour permettre la transmission des particules alpha émises depuis le milieu de culture. Une chambre étanche permettant d'interfacer les puits de culture et les détecteurs tout en protégeant ces derniers de l'humidité des incubateurs cellulaires a également été conçue. Dans un premier temps, l'ensemble du système de détection a été caractérisé expérimentalement. Un algorithme d'analyse spectrale permettant d'évaluer la distribution spatiale de l'activité dans le milieu de culture a ensuite été développé. Les distributions d'activité évaluées sont alors converties en doses délivrées à l'aide de simulations Monte-Carlo et du formalisme dosimétrique du MIRD. Les performances de l'algorithme ont été vérifiées à l'aide de simulations d'irradiations, avec une erreur observée sur la dose systématiquement inférieure à 3%. Le nouveau système de dosimétrie a enfin été utilisé en conditions expérimentales pour des irradiations au 223Ra et au 212Pb. Ces essais ont mis en évidence une dépendance de la distribution spatiale de l'activité avec les conditions expérimentales, et une variabilité significative des doses délivrées pour une même activité injectée (jusqu'à plus de 100% d'écart-type). Ces essais ont donc validé l'utilisation et démontré l'utilité du nouveau système de dosimétrie développé