Nouvelles stratégies pour un traitement ciblé et localisé de tumeurs cancéreuses dans la tête et le cou

1. Résumé du projet

Le cancer de la tête et du cou, sixième en importance parmi différents types, apparaît le plus souvent au niveau du larynx et de la cavité buccale. L’infusion ou injection intra-artérielle (IA) par cathéter est fréquemment utilisée pour la diffusion d’agents chimiothérapeutiques, l’embolisation de particules, ou bien la livraison de bulles microscopiques afin de traiter le cancer de la tête et du cou à un stade intermédiaire ou avancé. Les tumeurs sont bien irriguées par les artère du système sanguin. L’infusion locale pulsée à l’aide d’un cathéter situé en amont d’une tumeur permet alors d’exposer celle-ci à de très fortes concentrations, tout en protégeant les régions avoisinantes et prévenant ainsi l’endommagement d’organes sains. L’application de ce mode de traitement en clinique requiert une très bonne compréhension des facteurs anatomiques et physiologiques qui déterminent la concentration des produits injectés dans les artères. Ces facteurs incluent l’hydrodynamique des écoulements sanguins, les paramètres d’injection, les interactions entre médicaments et tissus, de même que la cinétique de la diffusion au site visé. Les facteurs hydrodynamiques reliés aux écoulements sanguins tourbillonnaires, aux paramètres d’injection, et à la morphologie des vaisseaux détermine la concentration finale au niveau de l’organe visé, qui varie d’individu en individu. Un objectif principal de l’étude proposée est d’évaluer l’importance de plusieurs facteurs importants dans ce type de traitement à l’aide de modèles numériques et de mesures expérimentales sur des fantômes. Nous utiliserons des images numériques à haute résolution obtenues de sujets humains par résonance magnétique ou tomodensitométrie pour recréer les vaisseaux du cou et de la tête par segmentation et interpolation numérique à l’aide de logiciels éprouvés. Le cathéter sera inclus afin de modéliser la mécanique de l’injection en détail. Des simulations numériques seront alors mises en oeuvre afin de quantifier le transport des médicaments sous plusieurs formes, par exemple dans des bulles ou capsules solides microscopiques, ou bien en aérosol. Nous utiliserons un arsenal de codes de calcul disponibles sur le marché, par exemple la suite de logiciels ANSYS, installée sur un réseau Calcul Canada de 256 noyaux, de même que MOEBIUS, un code basé sur une méthode similaire à la méthode Boltzmann sur réseau. Les mesures d’écoulements seront faites par vélocimétrie d’image de particule (VIP) sur des fantômes identiques aux modèles numériques pour fins d’étalonnage. Une source ultrasonore sera utilisée pour exciter et faire éclater des micro-bulles porteuses d’agents chimiothérapeutiques. Les modèles serviront à identifier les paramètres d’injection, les types de cathéters et les véhicules porteurs optimaux en termes de taux d’irrigation périphérique, prenant en compte le débit, la durée et la phase de l’injection dans le cycle cardiaque, et même que toute particularité du système vasculaire du sujet. Ce projet, requérant des expertises en mécanique des fluides, méthodes numériques, physique, chimie, imagerie biomédicale, analyse des images, et autres domaines, sera mené par une équipe de chercheurs chevronnés oeuvrant en Génie Mécanique, Génie Électrique, et Otolaryngologie dans trois établissements Québécois reconnus. Les résultats aideront à trouver de meilleurs traitements pour le cancer de la tête et du cou.