L'intelligence artificielle (IA) peut prédire dans quelle mesure les patients atteints d'un cancer rectal répondront au traitement en analysant des échantillons de tissus standards prélevés lors du diagnostic, selon une nouvelle étude menée par des chercheurs de l'UCL et de l'UCLH.
Dans la plupart des cancers, le paysage immunitaire entourant une tumeur joue un rôle majeur dans la détermination de la progression du cancer et de la réponse des patients au traitement. Pourtant, les interactions complexes entre les cellules immunitaires, les cellules tumorales et le traitement restent souvent mal comprises.
La nouvelle étude, publiée dans eBioMédecineont examiné des images pathologiques de routine utilisant l'IA pour mesurer les types et l'abondance des cellules immunitaires clés entourant les tumeurs du cancer rectal, afin de prédire comment ce « microenvironnement tumoral » influence la survie et la récidive de la maladie chez les patients.
Ces images, créées à partir de biopsies de tissus tumoraux pour établir un diagnostic, sont examinées manuellement par un pathologiste au microscope. Mais les chercheurs voulaient voir si l’IA pouvait être entraînée à repérer les « signatures » clés des cellules immunitaires dans les images et à les relier aux résultats pour les patients en une fraction du temps.
Les lames de pathologie font déjà partie des soins de routine et constituent donc une source abondante de données. Nous avions prédit que nous pourrions extraire de ces diapositives des informations précieuses sur la tumeur d'un patient en utilisant l'IA, qui est devenue très performante dans l'analyse des images médicales ces dernières années, et relier cela aux résultats pour les patients.
Nous avons constaté que l’IA peut capter d’importants signaux immunitaires provenant de ces diapositives. Il est important de noter qu’il peut le faire en quelques minutes plutôt qu’en quelques jours, comme ce serait le cas avec des méthodes plus lentes et plus coûteuses telles que le séquençage du génome entier ou la transcriptomique spatiale. Cela pourrait rendre pratique et abordable l’offre d’un diagnostic et d’un traitement plus personnalisés, susceptibles d’améliorer les résultats pour les patients. »
M. Charles-Antoine Collins-Fekete, auteur principal de l'étude de physique médicale et d'ingénierie biomédicale d'UCL
L'équipe a étudié des échantillons provenant de trois groupes de patients, y compris des participants à l'essai clinique ARISTOTLE. Ils ont découvert que les patients possédant plus de cellules immunitaires appelées lymphocytes – qui combattent les infections et les maladies, y compris le cancer – dans et autour de leurs tumeurs avaient tendance à vivre plus longtemps et étaient moins susceptibles de voir leur cancer réapparaître.
Cependant, les patients présentant davantage de macrophages – un autre type de cellule immunitaire dont le rôle habituel est d’éliminer les envahisseurs nuisibles tels que les virus, mais qui peuvent par inadvertance aider les tumeurs à se développer – ont eu de pires résultats.
Ces caractéristiques immunitaires ne sont pas actuellement utilisées dans la prise de décision clinique standard en matière de cancer rectal, mais elles pourraient constituer une nouvelle façon de personnaliser le traitement de chimioradiothérapie et d'identifier les patients présentant un risque plus élevé de récidive.
Le système d’IA a été formé à l’aide de millions d’images pathologiques, puis testé sur 900 échantillons de patients. Il était capable de mesurer les niveaux de cellules immunitaires avant et après le traitement. Les patients qui présentaient une augmentation du nombre de lymphocytes infiltrant la tumeur, indiquant une réponse immunitaire antitumorale plus active, avaient tendance à obtenir de meilleurs résultats (la chimioradiothérapie peut stimuler le système immunitaire en provoquant la mort des cellules tumorales et en libérant des signaux qui attirent et activent les cellules immunitaires). En revanche, les patients dont les tumeurs sont restées immunologiquement « froides » après le traitement étaient plus susceptibles de connaître une récidive plus précoce.
L’étude a également examiné comment les modifications génétiques du cancer affectaient la réponse immunitaire. Par exemple, les patients présentant un gène KRAS normal et des taux de lymphocytes élevés présentaient de meilleurs taux de survie que ceux présentant des mutations KRAS et moins de lymphocytes. De même, des niveaux élevés de macrophages étaient particulièrement nocifs chez les patients présentant des mutations du gène TP53.
Le Dr Zhuoyan Shen, premier auteur de l'étude de l'UCL Medical Physics & Biomedical Engineering, a déclaré : « Bien que les pathologistes expérimentés puissent reconnaître certaines caractéristiques immunitaires du microenvironnement tumoral, ces informations ne sont pas systématiquement utilisées pour éclairer le traitement. patients atteints d’un cancer rectal à un stade avancé.
« En combinant les données sur les cellules immunitaires avec les informations génétiques, nous pouvons obtenir une image plus claire de la façon dont le cancer de chaque patient se comportera avant et après le traitement. Cela pourrait aider à diviser les patients en groupes à risque élevé et faible lors du choix du meilleur traitement, par exemple en utilisant un traitement plus agressif pour aider à ralentir la maladie chez les patients à haut risque, tout en réduisant l'exposition à la chimioradiothérapie chez les patients à faible risque. »
Les chercheurs ont également découvert que les tumeurs présentant un taux élevé de division cellulaire – connu sous le nom d’activité mitotique élevée – avaient tendance à affaiblir le système immunitaire et à entraîner de pires résultats. Cela suggère que les cancers à croissance rapide peuvent être plus difficiles à combattre pour l’organisme.
Pour rendre leurs résultats plus accessibles aux médecins, l'équipe a créé un outil en ligne gratuit, Octopath, où les cliniciens peuvent télécharger des diapositives de pathologie et recevoir une analyse immunitaire automatisée.
Cependant, les chercheurs préviennent que des travaux supplémentaires sont nécessaires pour confirmer leurs résultats auprès de groupes de patients plus grands et plus diversifiés, ce qu'ils envisagent de faire dans une future étude clinique. Ils espèrent également explorer des types de cellules immunitaires plus détaillés et utiliser des techniques avancées pour mieux comprendre comment le cancer interagit avec le système immunitaire.
Le professeur Maria Hawkins, auteur principal de l'étude de l'UCL Medical Physics & Biomedical Engineering et oncologue clinicien consultant à l'UCLH, a déclaré : « Il s'agit d'une première étape vers l'utilisation de l'IA pour faciliter la classification plus poussée du cancer, mais c'est prometteur et très excitant pour des cliniciens comme moi de commencer à comprendre à quoi cela peut conduire à l'avenir.
« Ici, nous étudions l'IA pour identifier des biomarqueurs potentiels sur les biopsies du cancer rectal. À l'avenir, les cliniciens et les patients discuteront de la personnalisation du traitement en utilisant les informations opportunes fournies par l'IA. Cependant, des recherches plus approfondies sont nécessaires pour comprendre la meilleure façon d'intégrer ces biomarqueurs dans la pratique clinique quotidienne. »
Cette étude a été financée par Cancer Research UK, la bourse UKRI Future Leaders, UK Research and Innovation (UKRI) et la Pathological Society of Great Britain and Ireland.
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