Biomarqueurs innovants : tissulaires, liquides et IA

À l'IHU RespirERA, nous sommes convaincus que chaque patient est unique. C'est pourquoi nous menons des recherches de pointe pour développer des approches diagnostiques et thérapeutiques toujours plus précises et adaptées. Le projet « Biomarqueurs innovants : tissulaires, liquides et IA » est au cœur de cette démarche, visant à transformer la prise en charge des maladies respiratoires.

Contexte

Les maladies respiratoires, et plus particulièrement le cancer du poumon, représentent un défi majeur de santé publique. Pour mieux les combattre, il est crucial de les comprendre en détail, de les diagnostiquer le plus tôt possible, de prédire leur évolution et de choisir le traitement le plus efficace pour chaque patient. C'est là qu’interviennent les biomarqueurs (des indicateurs biologiques mesurables, comme des molécules spécifiques ou des caractéristiques cellulaires, qui renseignent sur l'état de santé ou la présence d'une maladie).

Traditionnellement, la recherche de ces biomarqueurs se fait souvent par des biopsies tissulaires (prélèvements d'un petit morceau de tissu, par exemple du poumon). Bien qu'utiles, ces techniques peuvent être invasives (c'est-à-dire qu'elles nécessitent une intervention, parfois chirurgicale, qui peut être inconfortable pour le patient) et sont parfois limitées pour un suivi dynamique (surveiller l'évolution de la maladie en temps réel et de façon répétée).

De plus, la recherche moderne a vu l'émergence massive de données dites « omiques ». Ce terme regroupe l'étude à grande échelle de différentes composantes de nos cellules et de notre environnement :

• La génomique (étude de l'ensemble de nos gènes),
• La transcriptomique (étude des ARN, les molécules qui "lisent" les gènes pour fabriquer des protéines),
• La protéomique (étude de l'ensemble des protéines),
• La métabolomique (étude des petites molécules issues du fonctionnement de nos cellules, les métabolites),
• Et l'exposomique (étude de l'ensemble des expositions environnementales – pollution, alimentation, infections – auxquelles une personne a été confrontée au cours de sa vie).

Si l'on ajoute à cela les informations issues de l'imagerie médicale (comme les scanners ou les radiographies), on obtient des volumes d'informations gigantesques et très diversifiés. Pour les cliniciens, analyser manuellement une telle quantité de données pour en extraire des informations pertinentes est devenu un véritable casse-tête. C'est ici que l'Intelligence Artificielle (IA) entre en jeu comme un outil puissant.

L'enjeu pour l'IHU RespirERA : exploiter ces nouvelles sources d'information et ces nouveaux outils pour révolutionner la prise en charge des patients atteints de maladies respiratoires.

Objectifs du projet

Le projet « Biomarqueurs innovants » de l'IHU RespirERA a des ambitions claires pour transformer la médecine respiratoire :

Développer et intégrer des biomarqueurs de nouvelle génération :

• Nous cherchons à identifier et valider de nouveaux biomarqueurs issus de différentes sources. Si les biopsies tissulaires classiques restent importantes, nous mettons un accent majeur sur la biopsie liquide. Il s'agit d'une simple prise de sang qui permet de rechercher des traces de la maladie (comme de l'ADN de la tumeur ou des cellules cancéreuses qui circulent dans le sang). C'est une méthode beaucoup moins invasive et plus facile à répéter.
• L'IHU RespirERA vise à généraliser l'usage de la biopsie liquide dans divers contextes cliniques : pour le suivi du cancer métastatique (lorsque le cancer s'est propagé à d'autres organes), pour le dépistage chez les personnes à haut risque (pour identifier la maladie très tôt chez les personnes les plus susceptibles de la développer), et pour l'interception (détecter les tout premiers signes de la maladie, avant même l'apparition des symptômes, afin d'intervenir au plus vite).

Mieux cibler les traitements grâce à des panels de biomarqueurs :

• Un objectif clé est de sélectionner des panels de biomarqueurs (c'est-à-dire des combinaisons spécifiques de plusieurs biomarqueurs) qui soient à la fois pronostiques (aidant à prédire comment la maladie va évoluer chez un patient) et prédictifs (indiquant quel traitement a le plus de chances d'être efficace pour ce patient).
• Cela permettra une meilleure stratification des patients (les classer en sous-groupes plus précis en fonction des caractéristiques de leur maladie) pour leur proposer une prise en charge véritablement personnalisée.

Utiliser l'Intelligence Artificielle (IA) pour décupler nos capacités d'analyse :

• L'IA est au cœur de ce projet pour analyser et interpréter les données complexes et massives issues des biomarqueurs.
• L'IA doit nous aider à améliorer le diagnostic des pathologies respiratoires, qu'elles soient cancéreuses ou non (comme certaines maladies pulmonaires rares).
• Elle doit permettre d'identifier les altérations moléculaires (les modifications spécifiques au niveau des gènes ou des protéines dans les cellules malades) et de prédire les mutations génétiques (changements dans l'ADN) qui peuvent jouer un rôle dans la maladie ou la réponse aux traitements.
• L'IA contribuera également à la découverte de nouveaux biomarqueurs encore inconnus et au classement des candidats médicaments (aider à évaluer et prioriser les nouvelles molécules thérapeutiques en développement).

La plus-value pour les patients : des diagnostics plus précoces et moins douloureux, des traitements mieux ciblés et plus efficaces, et une meilleure compréhension de leur maladie.

Méthodologie et collaboration

Pour atteindre ces objectifs ambitieux, l'IHU RespirERA s'appuie sur une méthodologie rigoureuse et des collaborations stratégiques :

• La biopsie liquide au premier plan : Nous utilisons la biopsie liquide pour analyser l'ADN tumoral circulant (ADNct) (des petits fragments d'ADN libérés par les cellules tumorales dans le sang) et les cellules tumorales circulantes (CTC) (des cellules cancéreuses qui se sont détachées de la tumeur et voyagent dans le système sanguin). Ces analyses se font grâce à des techniques de pointe de séquençage à haut débit comme le NGS (Next-Generation Sequencing), qui permet de lire très rapidement de grandes quantités d'ADN, et le WGS (Whole Genome Sequencing), qui permet de lire l'intégralité du code génétique d'une cellule.

• Des approches "multi-omiques" intégrées : Pour avoir une vision la plus complète possible, nous combinons différentes analyses « omiques » :
  • La transcriptomique spatiale (qui permet de voir quels gènes sont actifs et où ils le sont précisément au sein d'un tissu).
  • Le single-cell RNAseq (analyse de l'activité des gènes cellule par cellule, offrant une résolution inégalée).
  • L'épigénétique (étude des mécanismes qui contrôlent l'activité des gènes sans modifier la séquence d'ADN elle-même).
  • La protéomique, la métabolomique et l'exposomique (décrites plus haut).

Ces approches nous aident à caractériser les déterminants moléculaires des pathologies (comprendre précisément quelles molécules et quels mécanismes sont en jeu dans le développement et la progression des maladies respiratoires).

• L'Intelligence Artificielle comme moteur d'analyse et de découverte : L'IA est mobilisée à plusieurs niveaux :
  • Pour la normalisation des données de biopsie liquide (s'assurer que les résultats obtenus à partir de différents échantillons ou avec différentes techniques sont comparables entre eux).
  • Pour la combinaison et l'analyse croisée de différentes sources de données (informations cliniques sur le patient, données "multi-omiques", résultats d'imagerie).
  • Pour l'analyse d'images histologiques (images de tissus observés au microscope) et radiologiques (scanners, radios) afin d'y déceler des signes de maladie que l'œil humain pourrait manquer ou interpréter plus lentement.
  • Nous développons pour cela des algorithmes spécifiques (des programmes informatiques conçus pour des tâches précises), par exemple pour le clustering (regrouper automatiquement les patients ou les données qui se ressemblent) ou la sélection de variables (identifier, parmi des milliers de données, celles qui sont réellement importantes pour prédire une maladie ou une réponse à un traitement).

• Des collaborations d'excellence : Ce projet ne pourrait voir le jour sans un réseau de partenaires solides. Les principales collaborations incluent :
  • L'INRIA-3IA Côte d'Azur (Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique, et Institut Interdisciplinaire d'Intelligence Artificielle), un acteur majeur pour le développement des algorithmes d'IA.
  • Les services cliniques des partenaires fondateurs de l'IHU RespirERA (notamment le CHU de Nice, l'AP-HP de Paris, et le Centre Georges-François Leclerc de Dijon), qui sont essentiels pour l'accès aux données patients et la validation clinique des découvertes.
  • Des partenariats industriels, pour accélérer le transfert des innovations de la recherche vers des outils diagnostiques et des traitements concrets pour les patients.

L'engagement de l'IHU RespirERA : Mettre en commun les meilleures expertises et technologies pour faire avancer la recherche et améliorer la vie des patients.

Avancées et retombées attendues

Les avancées issues du projet "Biomarqueurs innovants : tissulaires, liquides et IA" auront des impacts majeurs et concrets pour les patients et la communauté médicale :

• Un diagnostic et un suivi moins invasifs et plus accessibles : L'adoption plus large de la biopsie liquide (une simple prise de sang) offrira une alternative beaucoup moins contraignante et plus facile à répéter que les biopsies tissulaires traditionnelles. Cela permettra un diagnostic plus précoce et un meilleur suivi de l'évolution de la maladie et de l'efficacité des traitements.
• Une médecine respiratoire plus personnalisée et réactive : L'intégration des données des biomarqueurs innovants avec la puissance d'analyse de l'IA permettra une meilleure stratification des patients. Concrètement, cela signifie que nous pourrons identifier avec plus de précision les sous-groupes de patients qui répondront le mieux à un traitement donné, ou ceux qui présentent un risque plus élevé de complications. Les décisions médicales seront ainsi optimisées, conduisant à une médecine véritablement sur mesure et capable de s'adapter rapidement à l'évolution de la maladie de chaque patient.
• La découverte de nouvelles cibles thérapeutiques : En comprenant mieux les mécanismes moléculaires des maladies respiratoires, ce projet ouvrira la voie à la découverte de nouvelles cibles(de nouveaux points faibles dans les cellules malades contre lesquels développer des médicaments) et à une interprétation beaucoup plus fine et complète des données biologiques.
• Des diagnostics plus précis et rapides grâce à l'IA : L'application de l'IA à l'analyse des images d'histologie (lames de tissus vues au microscope) et de radiologie (scanners, IRM) devrait significativement améliorer la précision, la rapidité et la fiabilité du diagnostic des cancers du poumon, mais aussi d'autres affections complexes comme les pathologies interstitielles (un groupe de maladies rares qui touchent le tissu de soutien du poumon).

La promesse de l'IHU RespirERA : Grâce à ce projet, nous nous dirigeons vers une ère où les maladies respiratoires pourront être détectées plus tôt, comprises plus finement, et traitées de manière plus efficace et personnalisée, améliorant significativement la qualité de vie et le pronostic des patients. Ce projet illustre parfaitement l'engagement de l'IHU RespirERA à être un moteur d'innovation au service de la santé respiratoire.