La plateforme EVONANO permet aux scientifiques de développer des tumeurs virtuelles et d'utiliser l'intelligence artificielle pour optimiser automatiquement la conception de nanoparticules pour les traiter.

La capacité de développer et de traiter des tumeurs virtuelles est une étape importante vers le développement de nouvelles thérapies contre le cancer. Surtout, les scientifiques peuvent utiliser des tumeurs virtuelles pour optimiser la conception de médicaments à base de nanoparticules avant qu'ils ne soient testés en laboratoire ou sur des patients.

Le papier, "Plateforme de calcul évolutive pour la découverte automatique de nanocarriers pour le traitement du cancer, " est publié aujourd'hui dans la revue Nature Matériaux de calcul. L'article est le résultat du projet européen EVONANO qui implique le Dr Sabine Hauert et le Dr Namid Stillman de l'Université de Bristol, et est dirigé par le Dr Igor Balaz de l'Université de Novi Sad.

« Les simulations nous permettent de tester de nombreux traitements, très rapidement, et pour une grande variété de tumeurs. Nous sommes encore aux premiers stades de la fabrication de tumeurs virtuelles, étant donné la nature complexe de la maladie, mais l'espoir est que même ces simples tumeurs numériques puissent nous aider à concevoir plus efficacement des nanomédicaments contre le cancer, " a déclaré le Dr Hauert.

Le Dr Hauert a déclaré que le logiciel pour développer et traiter les tumeurs virtuelles pourrait s'avérer utile dans le développement de traitements ciblés contre le cancer.

"À l'avenir, la création d'un jumeau numérique d'une tumeur d'un patient pourrait permettre la conception de nouveaux traitements nanoparticulaires spécialisés pour leurs besoins, sans avoir besoin d'essais et d'erreurs étendus ou de travaux de laboratoire, qui est souvent coûteux et limité dans sa capacité à itérer rapidement sur des solutions adaptées à chaque patient, " a déclaré le Dr Hauert.

Les médicaments à base de nanoparticules ont le potentiel d'améliorer le ciblage des cellules cancéreuses. En effet, les nanoparticules sont de minuscules véhicules qui peuvent être conçus pour transporter des médicaments vers les tumeurs. Leur conception modifie leur capacité à se déplacer dans le corps, et cibler correctement les cellules cancéreuses. Un bioingénieur pourrait, par exemple, changer la taille, charge ou matériau de la nanoparticule, enrober les nanoparticules de molécules qui les rendent facilement reconnaissables par les cellules cancéreuses, ou les charger de différents médicaments pour tuer les cellules cancéreuses.

Grâce à la nouvelle plateforme EVONANO, l'équipe a pu simuler des tumeurs simples, et des tumeurs plus complexes avec des cellules souches cancéreuses, qui sont parfois difficiles à traiter et conduisent à la rechute de certains patients cancéreux. La stratégie a identifié des conceptions de nanoparticules qui étaient connues pour fonctionner dans des recherches antérieures, ainsi que de nouvelles stratégies potentielles pour la conception de nanoparticules.

Comme le souligne le Dr Balaz :« L'outil que nous avons développé dans EVONANO représente une plate-forme riche pour tester des hypothèses sur l'efficacité des nanoparticules pour divers scénarios de tumeur. L'effet physiologique de l'ajustement des paramètres des nanoparticules peut désormais être simulé à un niveau de détail presque impossible. à réaliser expérimentalement."

L'enjeu est alors de concevoir la bonne nanoparticule. En utilisant une technique d'apprentissage automatique appelée évolution artificielle, les chercheurs affinent la conception des nanoparticules jusqu'à ce qu'ils puissent traiter tous les scénarios testés tout en préservant les cellules saines pour limiter les effets secondaires potentiels.

Dr Stillman, co-auteur principal de l'article avec le Dr Balaz, déclare qu'"il s'agissait d'un gros effort d'équipe impliquant des chercheurs en informatique à travers l'Europe au cours des trois dernières années. Je pense que cela démontre le pouvoir de combiner des simulations informatiques avec l'apprentissage automatique pour trouver de nouvelles façons passionnantes de traiter le cancer."

À l'avenir, l'équipe vise à utiliser une telle plate-forme pour rapprocher les jumeaux numériques de la réalité en utilisant les données de patients individuels pour développer des versions virtuelles de leurs tumeurs, puis optimiser les traitements qui leur conviennent. A plus court terme, la plate-forme sera utilisée pour découvrir de nouvelles stratégies de nanoparticules qui peuvent être testées en laboratoire. Le logiciel est open source, il y a donc aussi de l'espoir que d'autres chercheurs l'utiliseront pour construire leur propre nanomédecine contre le cancer alimentée par l'IA.

« Pour se rapprocher de la pratique clinique, dans nos futurs travaux, nous nous concentrerons sur la réplication de l'hétérogénéité tumorale et l'émergence de la résistance aux médicaments. Nous pensons que ce sont les aspects les plus importants pour lesquels le traitement du cancer pour les tumeurs solides échoue souvent, " a déclaré le Dr Balaz.