Tester les traitements avant les essais cliniques : des chercheurs d’Oden mettent au point des essais cliniques virtuels pour le cancer du sein
La rédaction ·
Elisa Serafini (à gauche) et Gauri Patel (à droite) présentent leurs recherches sur la création de patientes synthétiques atteintes d'un cancer du sein pour des essais cliniques virtuels. Crédit : Elisa Serafini et Gauri Patel.
Octobre était le mois de sensibilisation au cancer du sein. Cette année, la Société américaine du cancer estime que plus de 320 000 femmes aux États-Unis recevront un diagnostic de cancer du sein invasif, une maladie qui touche environ une femme sur huit au cours de sa vie. En France, on estime que près de 61 000 à 62 000 femmes seront diagnostiquées d'un cancer du sein en 2026 et en 2027. Tout nouveau traitement destiné à ces patientes doit d'abord faire l'objet d'essais cliniques.
Au Centre d'oncologie computationnelle (CCO) de l'Institut Oden d'ingénierie et de sciences computationnelles de l'Université du Texas à Austin, deux chercheurs travaillent à optimiser ce processus en créant des essais cliniques virtuels. Ces essais sont des simulations informatiques qui permettent de tester l'efficacité probable d'un traitement sur de grands groupes de « patients synthétiques » avant le lancement d'un essai réel.
Elisa Serafini , boursière postdoctorale Peter O'Donnell Jr. de l'Institut Oden, a obtenu des diplômes en génie médical et biomédical en Italie avant de soutenir sa thèse de doctorat en mathématiques appliquées dans le cadre d'un programme conjoint entre l'Université de La Rochelle en France et le Houston Methodist Research Institute. Ses travaux de doctorat combinaient des modèles informatiques et des données expérimentales pour étudier les métastases osseuses et leur réponse aux traitements.
Gauri Patel , doctorante au département de génie biomédical de l'Université du Texas, a étudié le génie biomédical à l'Université du Michigan, où elle a utilisé l'analyse d'images pour étudier comment l'agencement des cellules à l'intérieur des tumeurs influence les résultats des traitements. Leur collaboration a débuté en mars 2026, lorsque Serafini a rejoint le CCO, dirigé par Tom Yankeelov , professeur de génie biomédical et membre principal de l'Institut Oden .
Ensemble, ils modélisent des patientes issues de l'essai clinique I-SPY2 sur le cancer du sein afin de déterminer si ces simulations peuvent réellement aider les chercheurs à concevoir plus efficacement de véritables essais cliniques. Nous les avons interrogés sur le fonctionnement des essais virtuels, la nature d'un patient synthétique et les critères de réussite.
Q : Qu’est-ce qu’un essai clinique virtuel et pourquoi en avons-nous besoin ?
Elissa Serafini : Les essais cliniques traditionnels sont lents, coûteux et souvent infructueux. Ils nécessitent des infrastructures et des financements considérables, pourtant, en oncologie, seulement 3 à 5 % des candidats médicaments qui entrent en phase I obtiennent finalement l’approbation de la FDA. Le recrutement des patients constitue un obstacle majeur : près de 80 % des essais connaissent des retards de recrutement, et environ 20 % ne parviennent pas à recruter suffisamment de participants pour produire des résultats fiables.
Les essais cliniques virtuels, rendus possibles par les progrès de la modélisation mathématique et informatique, offrent une approche complémentaire. Grâce à la simulation informatique, les chercheurs génèrent des cohortes de patients synthétiques qui reproduisent et dépassent la variabilité des populations réelles. Ils peuvent ainsi prédire l'efficacité probable d'un traitement avant même son administration aux patients. L'objectif est d'éclairer et d'affiner la conception des essais conventionnels, et non de les remplacer. Les essais virtuels permettent également de comparer différents schémas thérapeutiques, tels que des doses ou des calendriers d'administration variés. Associés à la théorie du contrôle optimal, un cadre mathématique permettant de déterminer la meilleure façon d'orienter un système vers un résultat souhaité, les essais cliniques virtuels peuvent potentiellement identifier des stratégies de traitement qui maximisent les bénéfices tout en minimisant la toxicité.
Q : Qu’est-ce qu’un patient synthétique exactement, et quel est le rôle des jumeaux numériques ?
Elissa Serafini : De manière générale, un domaine synthétique est une représentation structurée dérivée de données réelles, mais sans contrepartie physique directe. Cela permet d’étudier des groupes plus vastes et plus représentatifs, sans se limiter aux seules observations physiques. Dans notre cas, le domaine synthétique est celui du cancer du sein ; il est généré par des techniques hybrides combinant modélisation probabiliste, mécaniste et basée sur les données. Le terme « patient » désigne ici la tumeur du sein, mais nous utilisons un terme plus générique afin de rester cohérents avec les conventions de la médecine computationnelle.
Gauri Patel : Oui, les jumeaux numériques sont effectivement un outil pour développer des essais cliniques virtuels. De manière générale, les jumeaux numériques sont des représentations mathématiques des informations patient, dotées de trois capacités clés : ils sont mis à jour de manière itérative avec de nouvelles données patient, ils peuvent prédire la réponse spécifique du patient au traitement et ils peuvent éclairer les décisions thérapeutiques en vue d’un résultat souhaité. Des travaux antérieurs menés dans notre laboratoire ont validé un modèle de jumeau numérique pour la chimiothérapie du cancer du sein, qu’Elisa et moi utilisons pour simuler le traitement chez nos patientes synthétiques atteintes d’un cancer du sein. Précisons que les patientes synthétiques ne sont pas des jumeaux numériques. Elles reposent sur la même modélisation mathématique que les jumeaux numériques, mais ne correspondent pas exactement aux patientes réelles, ce qui signifie qu’elles peuvent aller au-delà des données observées et constituer la cohorte idéale pour mener un essai clinique virtuel.
Q : Sur quoi vous concentrez-vous plus précisément en matière de cancer du sein ?
Serafini : Octobre étant le mois de sensibilisation au cancer du sein, Gauri et moi sommes particulièrement heureuses de pouvoir présenter nos travaux. Nous modélisons des patientes issues de l’essai clinique I-SPY2, qui inclut trois sous-types de cancer et plusieurs bras de chimiothérapie. Nous avons généré des populations synthétiques à l’aide de deux mécanismes génératifs différents, comparant ainsi les perspectives distinctes et complémentaires offertes par chaque technique. Nous évaluons actuellement la qualité de chaque ensemble de données synthétiques à l’aide du tableau de bord de la FDA pour les données médicales synthétiques. Une fois notre cohorte synthétique consolidée, nous mènerons un essai clinique virtuel afin de déterminer si la simulation peut améliorer l’estimation de la taille de l’échantillon et l’attribution des patientes aux bras de traitement, et contribuer à la conception d’essais cliniques en présentiel.
Patel : Je me concentre spécifiquement sur le cancer du sein triple négatif, tandis qu’Elisa travaille plus largement sur plusieurs sous-types de cancer du sein : triple négatif, HR+/HER2- et HER2+. En principe, nos méthodes devraient être applicables à d’autres tumeurs solides.
Q : Comment saurez-vous si cela fonctionne, et à quoi espérez-vous que cela aboutisse ?
Patel : À court terme, le succès sera démontré si nous parvenons à prouver que nos cohortes de patients synthétiques peuvent reproduire les résultats d’essais cliniques historiques. En reproduisant ces résultats passés, nous pourrons avoir confiance dans ceux de nos essais cliniques virtuels, au cours desquels nous testerons de nouveaux schémas thérapeutiques sur des populations synthétiques.
À long terme, nous espérons que nos travaux et les initiatives similaires permettront de convaincre les instances réglementaires que les essais cliniques virtuels sont un outil indispensable pour réduire les risques et accélérer les essais cliniques traditionnels. Accroître le nombre de médicaments approuvés par la FDA, et donc accessibles aux patients, est essentiel pour traiter une maladie aussi hétérogène que le cancer. Les essais cliniques virtuels peuvent fournir des résultats interprétables et exploitables, sans les obstacles pratiques inhérents aux essais traditionnels.
Q : Comment votre présence au CCO et à l'Institut Oden soutient-elle vos recherches ?
Serafini : Notre appartenance au CCO et à l’Institut Oden accélère directement chaque étape de nos travaux. Sous la direction des docteurs Yankeelov et Hormuth, nous bénéficions de la vaste expérience du groupe en oncologie mathématique et de son expertise reconnue dans le traitement des données sur le cancer du sein. Notre étroite collaboration avec les médecins et les chercheurs du MD Anderson Cancer Center garantit l’ancrage de nos cohortes synthétiques et de nos essais virtuels dans la réalité clinique et nous apporte un retour d’expertise sur la pertinence de nos résultats pour la prise en charge des patients. Le Texas Advanced Computing Center (TACC) nous fournit la puissance de calcul nécessaire pour réaliser un grand nombre de simulations d’essais virtuels, une tâche impossible avec des ressources standard. Enfin, le Joint Center for Computational Oncology (JCCO) réunit des experts en modélisation, en oncologie clinique et en calcul haute performance autour d’une vision commune axée sur la simulation pour une prise en charge personnalisée du cancer, vision qui guide également nos travaux.
Source : oden.utexas.edu