5 à 15% des 175 000 patients traités par radiothérapie (RT) chaque année sont exposés à une toxicité considérée comme « inhabituelle » pouvant entraîner des séquelles parfois graves. Les techniques innovantes de photonthérapie apportent une solution balistique pertinente mais inappropriée pour certaines tumeurs ou certains patients. Deux approches permettent d'entrevoir des solutions à ces situations. 1- Contribution au développement de l'hadronthérapie par ions carbone : Ces particules possèdent une masse et une charge qui leur confèrent un avantage balistique et biologique particulièrement intéressant. Le caractère rare des tumeurs éligibles et le très faible nombre de centres n'ont pas permis, ou justifié, à ce jour la réalisation d'études comparatives randomisées afin d'en évaluer le service rendu. Via le projet FP7 ULICE, nous avons intégré et animé plusieurs groupes à l'échelle nationale et internationale. Nous avons directement produit des procédures unifiées en terme d'immobilisation, de recueil des données élémentaires, de structuration protocolaire et de transformation des données en métadonnées échangeables. Nous avons proposé des concepts originaux permettant de décrire la dose prescrite et les volumes d'intérêt, au-delà du concept réducteur d'EBR. 2- Un nouveau biomarqueur de radiosensibilité individuelle (RSI). L'identification des patients les plus à risque de développer les réactions les plus sévères reste un enjeu majeur. Aucun test de RSI ne s'impose comme gold standard. A partir de primocultures fibroblastiques issues de patients ayant présenté un profil de toxicité inhabituel à la RT, le taux de cassures double brins résiduelles à 24h estimé par immunofluorescence indirecte (marqueur γH2AX) a permis de définir 3 groupes de RSI. Toutefois ce seul marqueur n'est pas assez robuste. Le délai de transit cyto-nucléaire de la protéine ATM semble affiner notre classification. Un nouveau modèle mécanistique a ainsi pu être développé / 5 to 15% of the 175,000 patients treated with radiation therapy (RT) annually are exposed to toxicity considered "unusual" that can lead to serious sequelae. Innovative photon RT techniques provide relevant but inappropriate ballistic solution for certain tumors or certain patients. Two approaches guide solutions to these situations.1- Contribution to the development of carbon ion RT. These particles possess a mass and a charge that give them particularly interesting ballistics and biological properties. The rarity of eligible tumors and the low care offer have failed conducting randomized controlled trials to evaluate its cost-effectiveness. Throughout the FP7-ULICE project, we directly produced standard operating procedures in terms of basic data collection, protocol structuring and processing of metadata. We proposed original concepts to describe and report the dose and volume of interest, beyond the restricted concept of RBE. 2- A novel biomarker of individual radiosensitivity (IRS). The identification of the patients the most at risk of developing the most severe reactions remains a major challenge. There is no gold standard in the field of IRS assays.From fibroblasts primocultures sampled from patients with an unusual toxicity, the number of residual DNA double-stand breaks 24h after radiation and estimated by indirect immunofluorescence (marker γH2AX) allows to identify three groups of IRS. However this single marker is not robust enough. The delay of ATM nucleoshuttling appears to refine our classification. A new mechanistic model has been developed

Multi-ion radiotherapy has been suggested as a new way to treat cancer, combining the radiological advantages of lighter and heavier ions in a single treatment to improve plan robustness and increase LETd in the target. To succeed, multi-ion radiotherapy requires a treatment planning system capable of computing dose for and optimising multi-ion treatment plans. In this project, prototypical multi-ion radiotherapy treatment planning support has been implemented in the RayStation treatment planning system. The existing dose engine for helium and carbon ion beams has been extended to support protons, oxygen and neon ions, and support has been added for dose computation and plan optimisation for any combination of these ion species. The implemented functionality has been evaluated in two phantom cases and a patient case. Multi-ion treatment plans have been shown to outperform carbon ion treatment plans in terms of simultaneously providing plan robustness, uniform RBE-weighted dose and high LETd. In the patient case, the multi-ion plan displayed significant improvements in the ability to "paint" high LETd in the target. Clinical studies are required to determine to what extent this new modality increases treatment quality in practice.