Thèse Nouveaux Effets et Mécanismes dans l'Exploration des Simulations pour la Thérapie Flash H/F - Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Université Clermont Auvergne École doctorale : Sciences Fondamentales Laboratoire de recherche : Laboratoire de Physique de Clermont Auvergne Direction de la thèse : LYDIA MAIGNE ORCID 0000000204148462 Début de la thèse : 2026-10-01 Date limite de candidature : 2026-05-25T23:59:59 La radiothérapie FLASH, basée sur des très hauts débits de dose (UHDR), a démontré une remarquable capacité à épargner les tissus sains tout en préservant le contrôle tumoral. Cependant, les mécanismes sous-jacents à l'effet FLASH restent mal compris, notamment en hadronthérapie. Les hypothèses actuelles impliquent des modifications de la radiolyse de l'eau, une altération de la production et de l'évolution spatio-temporelle des espèces réactives de l'oxygène (ROS), une déplétion en oxygène et des voies de dommages dépendantes du transfert d'énergie linéaire (TEL). Ces processus se déroulent à de multiples échelles spatiales et temporelles et ne peuvent être pleinement appréhendés par la seule expérimentation. Par conséquent, l'élaboration de jumeaux numériques multi-échelles reste essentielle pour relier les caractéristiques physiques du faisceau aux réactions chimiques et aux conséquences biologiques, permettant ainsi une interprétation quantitative des données expérimentales et une compréhension prédictive des effets FLASH.
Le sujet de thèse sur les Nouveaux effets et mécanismes dans l'exploration des simulations pour la thérapie FLASH vise à décrypter les mécanismes de l'effet FLASH en hadronthérapie grâce à des stratégies expérimentales et de modélisation. En partenariat avec les laboratoires Subatech (Nantes), IP2I (Lyon) et IPHC (Strasbourg), ce projet réunit des expertises interdisciplinaires en physique, chimie, radiobiologie et simulation numérique et s'intègre dans le master projet FLASH de la division Nucléaire et Particules du CNRS. Des campagnes expérimentales seront menées sur les installations d'irradiation françaises GANIL (Caen), ARRONAX (Nantes) et Cyrcé (Strasbourg), à l'aide de faisceaux de protons, d'ions hélium et carbone couvrant une large gamme de valeurs de TEL.
La thèse s'intéressera à la production, à la nature et à l'évolution temporelle des ROS et autres espèces radiolytiques dans l'eau, les biomolécules et les systèmes biologiques (des cultures cellulaires 2D/3D aux modèles animaux). Les effets biologiques étudiés incluront le stress oxydatif, les dommages à l'ADN, la peroxydation lipidique et la mort cellulaire programmée. Les résultats expérimentaux serviront à valider et à affiner le développement de jumeaux numériques capables de reproduire les conditions des lignes de faisceau et de prédire les réponses biologiques. Ce projet permettra de mettre au point un cadre prédictif réalisé à partir de simulations Monte Carlo basées sur la plateforme GATE et la librairie Geant4-DNA. Ce travail de thèse permettra de relier le débit de dose, le TEL et l'oxygénation aux effets biologiques induits par hadronthérapie FLASH préliminaire à une application clinique.
Ce sujet de thèse s'intègre dans le Master projet FLASH de la division Nucléaire et Particules du CNRS. Il regroupe des chercheurs et ingénieurs impliqués dans des stratégies expérimentales et de modélisation pour comprendre les mécanismes physico-chimiques et biologiques impliqués dans l'effet FLASH en hadronthérapie. Comprendre les mécanismes fondamentaux impliqués dans l'effet FLASH à l'aide de jumeaux numériques. Il s'agira de développer et valider des jumeaux numériques de différentes campagnes d'irradiation sur des plateformes d'irradiations pré-cliniques françaises (ARRONAX à Nantes, le GANIL à Caen et Cyrcé à Strasbourg). La plateforme de simulation Monte Carlo GATE (version 10) et la libraire Geant4-DNA seront utilisées et développées.

Cette thèse nécessite des compétences en physique médicale et en informatique. L'étudiant devra donc être détenteur d'un diplôme de master 2 en physique médicale, physique des particules ou ingénierie biomédicale. La connaissance de différents algorithmes et/ou logiciels Monte Carlo sera fortement appréciée, notamment la connaissance des langages de programmation informatique C++ et Python.