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Thérapies évolutives: une nouvelle stratégie de traitement du cancer utilisant la modélisation mathématique
Dernière revue: 02.07.2025
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Le cancer présente des défis importants en raison du développement de résistances et du risque de rechute. La résistance peut résulter de modifications génétiques permanentes des cellules cancéreuses ou de modifications non génétiques de leur comportement, induites par le traitement. Le traitement standard du cancer consiste généralement à utiliser la dose maximale tolérée d'un médicament pour détruire efficacement les cellules pharmacosensibles. Cependant, cette approche est souvent inefficace à long terme, car les cellules cancéreuses résistantes peuvent se développer plus rapidement lorsque toutes les cellules pharmacosensibles sont détruites.
Une approche thérapeutique évolutive, appelée thérapie adaptative, personnalise les doses ou les interruptions de traitement en fonction des réponses individuelles des patients. L'objectif de la thérapie adaptative est de maintenir un nombre suffisant de cellules sensibles pour contrôler la croissance des cellules résistantes. Des études et des essais cliniques récents ont montré que la thérapie adaptative peut retarder le développement de la résistance plus efficacement que le traitement standard.
Déterminer la dose et les interruptions de traitement pour chaque patient est un défi, car le cancer est un système complexe et évolutif, et chaque patient est unique. Les modèles mathématiques peuvent contribuer à l'élaboration de stratégies thérapeutiques individualisées. Plusieurs modèles ont d'ailleurs été développés pour étudier l'impact de différentes stratégies thérapeutiques sur l'évolution des patients. Cependant, les modèles mathématiques existants ignorent souvent l'impact de la résistance acquise et de la plasticité des cellules cancéreuses. La « résistance acquise » recouvre différents types de résistance qui apparaissent, souvent dus à des modifications génétiques. La « plasticité cellulaire » désigne la capacité des cellules cancéreuses à modifier leur phénotype en réponse à des modifications de leur microenvironnement, telles que des fluctuations de la posologie ou l'arrêt du traitement.
Une équipe de recherche dirigée par le Dr Kim Eunjung du Centre de recherche informatique sur les produits naturels de l'Institut coréen des sciences et technologies avancées (KIST, directeur Oh Sang-rok) a élaboré une base théorique pour des stratégies de traitement du cancer prenant en compte l'évolution tumorale. Ils ont développé un modèle mathématique permettant de prédire l'évolution tumorale en prenant en compte l'acquisition de résistance par les cellules cancéreuses et leur capacité à modifier leur comportement phénotypique (plasticité) pendant le traitement. L'analyse de leur modèle a révélé les conditions d'existence d'une fenêtre posologique efficace, une plage de doses permettant de maintenir le volume tumoral à un point d'équilibre où il reste inchangé et stable.
Pour certaines tumeurs plasticisées, les interruptions de traitement aident les cellules cancéreuses à retrouver leur sensibilité, s'associant à d'autres cellules sensibles pour inhiber la croissance des cellules résistantes. L'équipe de recherche a proposé une thérapie posologique évolutive, qui consiste en un traitement par cycles comprenant des interruptions de traitement, des doses minimales efficaces et des doses maximales tolérées. Les interruptions de traitement permettent aux cellules cancéreuses plasticisées de retrouver leur sensibilité, après quoi la dose minimale efficace est appliquée pour contrôler le volume tumoral. La dose maximale tolérée est ensuite administrée pour réduire davantage la taille de la tumeur. Ce cycle de dosage permet de contrôler efficacement le volume tumoral à un niveau gérable. Des simulations numériques des stratégies proposées appliquées à un patient atteint de mélanome illustrent ces résultats. Les résultats montrent que la thérapie posologique évolutive peut réorienter la dynamique tumorale, maintenant la taille tumorale en dessous d'un niveau acceptable.
Le modèle mathématique développé permet de prédire la plage de dosage efficace des candidats traitements contre le cancer avant les essais cliniques. Il permet de déterminer les effets anticancéreux des nouveaux traitements et d'identifier la plage de dosage efficace pour chaque médicament. De plus, le modèle facilite l'élaboration de stratégies thérapeutiques personnalisées contre le cancer, prenant en compte la dynamique évolutive de la tumeur chez chaque patient pendant le traitement.
Citation: « Dans l'étude actuelle, nous avons mis en évidence le rôle de la plasticité phénotypique des cellules cancéreuses dans l'amélioration de la gestion de la charge tumorale en utilisant des doses cycliques de traitement évolutif », a déclaré le Dr Kim Yunjung du Centre de recherche en informatique sur les produits naturels de l'Institut coréen des sciences et technologies.
Elle a également mentionné des projets visant à utiliser le modèle mathématique pour concevoir des études animales et des essais cliniques de médicaments anticancéreux potentiels dérivés de produits naturels, dans le but d'établir des schémas posologiques qui contrôlent efficacement la charge tumorale.
Les résultats de l’étude ont été publiés dans la revue ScienceDirect.