Dans une nouvelle étude innovante sur le glioblastome, les scientifiques ont utilisé l’intelligence artificielle (IA) pour reprogrammer les cellules cancéreuses, les convertissant en cellules dendritiques (DC), qui peuvent identifier les cellules cancéreuses et ordonner à d’autres cellules immunitaires de les tuer.
Le glioblastome est le cancer du cerveau le plus fréquent chez les adultes et aussi le plus mortel, avec moins de 10 % des patients survivant cinq ans après leur diagnostic. Si de nouvelles approches telles que l’immunothérapie ont révolutionné le traitement d’autres cancers, elles n’ont pas fait grand-chose pour les patients atteints de glioblastome. Cela s’explique en partie par le fait que ces tumeurs cérébrales difficiles à atteindre se cachent derrière la barrière hémato-encéphalique, où les cellules immunitaires ont du mal à les atteindre et à les éliminer.
Mais de nouvelles recherches, financées en partie par les National Institutes of Health et dirigées par la Keck School of Medicine de l'USC, ont utilisé l'IA pour déterminer quels gènes contrôlent le destin d'une cellule, qu'elle se développe en cellule cardiaque, en cellule pulmonaire ou en cellule cancéreuse, par exemple. Les chercheurs ont identifié des gènes capables de reprogrammer les cellules du glioblastome, les convertissant en cellules immunitaires au sein même de la tumeur, de sorte qu'elles ciblent efficacement leurs cellules cancéreuses apparentées pour les détruire.
Dans les modèles murins de glioblastome, cette approche a augmenté les chances de survie jusqu'à 75 %. Les résultats viennent d'être publiés dans Recherche en immunologie du cancerune revue de l'Association américaine pour la recherche sur le cancer.
Cette étude révolutionnaire exploite la puissance de l'IA pour transformer les cellules du glioblastome en cellules activatrices du système immunitaire, marquant une avancée significative dans l'immunothérapie du cancer. En retournant les propres cellules du cancer contre lui, nous ouvrons la voie à des traitements plus efficaces et offrons un nouvel espoir aux patients qui luttent contre ce cancer et de nombreux autres cancers agressifs.
Dr David Tran, Ph. D., auteur principal de l'étude, professeur agrégé de chirurgie neurologique et de neurologie et chef de division de neuro-oncologie à la Keck School of Medicine
En plus de leurs travaux sur des modèles animaux, les chercheurs ont utilisé l’IA pour identifier un ensemble de gènes capables de convertir les cellules du glioblastome humain en cellules immunitaires. À l’avenir, les scientifiques pourraient fournir ce matériel génétique aux patients atteints de glioblastome en l’intégrant dans un virus inoffensif, un outil connu sous le nom de vecteur viral.
« Forcer une cellule contenant 20 000 gènes à se transformer en quelque chose d'autre est incroyablement complexe. Avec les approches moléculaires traditionnelles, cela serait presque impossible à réaliser », a déclaré Tran, qui codirige également le Centre des tumeurs cérébrales de l'USC au Centre de cancérologie Norris de l'USC. « L'IA nous aide à répondre à certaines questions cruciales et nous offre un moyen puissant d'apprendre à manipuler le destin d'une cellule. »
Contrôler le destin d'une cellule
Les cellules dendritiques jouent un rôle central dans l'activation de la réponse immunitaire : elles échantillonnent des antigènes (comme ceux d'une cellule cancéreuse) et les présentent à d'autres cellules immunitaires, notamment des armées de lymphocytes T, déclenchant ainsi une attaque à grande échelle.
Des études suggèrent que les cellules dendritiques peuvent combattre le glioblastome, mais les scientifiques n’ont pas encore trouvé de moyen fiable de les faire passer à travers la barrière hémato-encéphalique et de les faire pénétrer dans l’environnement hostile d’une tumeur. En reprogrammant les cellules cancéreuses déjà présentes dans la tumeur, Tran et son équipe ont contourné ce défi majeur.
Lorsqu’on manipule le destin d’une cellule, il faut tenir compte de sa spécificité. La conversion de cellules cérébrales saines en cellules dendritiques, par exemple, pourrait réduire la taille d’une tumeur cérébrale, mais entraîner des problèmes de santé.
« Nous ne voulons pas donner à un patient quelque chose qui puisse convertir toutes sortes de cellules en cellules dendritiques », a déclaré Tran.
Le système d'apprentissage automatique qu'il a développé avec son équipe a pu interroger des dizaines de milliers de gènes et des millions de connexions gène-gène et identifier ceux qui peuvent cibler spécifiquement les cellules du glioblastome et les reprogrammer pour ressembler aux cellules dendritiques. Cette méthode basée sur l'IA diffère des recherches précédentes, qui utilisaient ce que l'on appelle une approche empirique pour identifier manuellement les gènes qui contrôlent le destin d'une cellule.
« La grande puissance de calcul de l’IA nous aide réellement à accélérer le processus de découverte », a déclaré Tran.
Utilisée en association avec d’autres immunothérapies, la reprogrammation des cellules du glioblastome a considérablement amélioré la réponse immunitaire et les taux de survie dans les modèles murins de glioblastome. Combinée à une thérapie par points de contrôle immunitaires, la nouvelle approche a amélioré les chances de survie de 75 %. Combinée à un vaccin DC classique, la nouvelle approche a doublé les chances de survie. (Utilisés seuls, ni la thérapie par points de contrôle immunitaire ni un vaccin DC n’ont augmenté les chances de survie des patients atteints de glioblastome.)
Vers les essais cliniques
En plus de l’étude de validation de principe sur des souris, les chercheurs ont utilisé leur système d’IA pour identifier un ensemble de gènes humains capables de convertir des cellules de glioblastome humaines en cellules ressemblant à des cellules dendritiques. Ils prévoient ensuite d’affiner cette liste, d’encapsuler le matériel génétique dans un vecteur viral et de lancer une première série de tests d’innocuité et d’efficacité sur des modèles animaux.
« Nous voulons élargir la recherche en utilisant l'IA pour nous aider à trouver les meilleures combinaisons possibles à mesure que nous progressons vers les tests sur les patients », a déclaré Tran.
Si l’approche est jugée sûre et efficace – c’est-à-dire qu’elle améliore les résultats des modèles de glioblastome et n’entraîne pas d’effets secondaires inattendus – Tran et son équipe demanderont l’autorisation de commencer les essais cliniques sur les patients dans quelques années. À terme, ils espèrent également utiliser leur modèle d’IA pour trouver des gènes capables de reprogrammer d’autres types de cellules cancéreuses pour qu’elles se comportent comme des cellules dendritiques.
À propos de cette recherche
Outre Tran, les autres auteurs de l'étude sont Tianyi Liu, Son B. Le et Dongjiang Chen de la Division de neuro-oncologie, Départements de chirurgie neurologique et de neurologie et du Centre des tumeurs cérébrales de l'USC, École de médecine Keck de l'USC, Université de Californie du Sud ; et Dan Jin, Mathew Sebastian, Alberto Riva et Ruixuan Liu de la Faculté de médecine de l'Université de Floride, Gainesville, Floride.
Ce travail a été soutenu par le National Cancer Institute des National Institutes of Health (R42CA228875, R01CA238387, P30CA014089 et F30CA232641) et le Bankhead Coley Research Program du Florida Department of Health (6BC04).
