Cela pourrait être l’avenir de la façon dont les médecins voient le cancer

La pièce dans laquelle je me tiens ne ressemble à aucune de celles dans lesquelles j’ai été auparavant.

Avec 4 grands bureaux face à moi et une vue panoramique sur ce qui ressemble à un univers lointain par la fenêtre, cela ressemble plus à Star Wars qu’à un laboratoire de cancérologie.

Je place une carte étiquetée « échantillon 1 » sur un bureau relié à un projecteur. Un nuage de bulles de formes différentes apparaît devant moi.

On me dit que les bulles sont en fait différents types de cellules. Et ce nuage est l’image complète d’une seule tumeur mammaire.

Mais la pièce dans laquelle je me trouve, et tout ce qu’elle contient, n’existe pas réellement.

Je suis dans un laboratoire virtuel, projeté à travers un casque. Et j’expérimente l’avenir de la façon dont les scientifiques et les médecins pourraient un jour voir, étudier et comprendre les tumeurs.

Ce monde est le fruit de l’imagination du professeur Greg Hannon, de notre institut de Cambridge, qui dirige une équipe de scientifiques internationaux cherchant à changer notre façon de voir le cancer.

L’équipe d’Hannon a récemment reçu 20 millions de livres sterling dans le cadre de notre Grand Challenge. Et bien que leur vision de la réalité virtuelle ne soit pas encore pleinement opérationnelle, la démo est une pièce maîtresse impressionnante d’un plan de recherche ambitieux qui fait appel à la biologie cellulaire, l’astronomie, les mathématiques et la génétique.

Prédictions précises

« Cela ressemble un peu à de la science-fiction », déclare Hannon. « Nous voulons développer une toute nouvelle façon de considérer le cancer. »

Le projet s’appuie sur les travaux du professeur Carlos Caldas de l’Institut de Cambridge, qui, il y a 5 ans, a redéfini le cancer du sein en 10 sous-types distincts de tumeurs.

La recherche a montré que chacun de ces sous-types pourrait aider à prédire comment un patient peut s’en sortir. Mais les classifications ne peuvent pas encore offrir de réponses définitives pour chaque patient.

« L’importance de ce projet est de pouvoir prendre ces grandes classifications et faire des prédictions plus précises », explique Hannon. « Il ne s’agit donc pas seulement de ‘vous avez un type de tumeur pour lequel nous pensons qu’il y a 50 % de chances que ce traitement vous aide vraiment’, mais de savoir dans quel 50 % chaque personne tombe.

L’un des défis auxquels les scientifiques ont été confrontés pour affiner ces prédications est que les échantillons de tissus (biopsies) auxquels ils ont accès n’offrent qu’un seul instantané d’une tumeur.

Les biopsies jouent un rôle crucial dans le parcours d’un patient à travers le cancer. Ils sont nécessaires pour diagnostiquer la maladie et prendre des décisions concernant le traitement. Et les chercheurs utilisent également ce précieux tissu pour en savoir plus sur les tumeurs.

L’analyse de ces échantillons pour rechercher des gènes et des molécules défectueux a été incroyablement utile pour guider le traitement, en particulier pour le cancer du sein. Mais les techniques qui font cela ne prennent qu’une moyenne de toutes les cellules, molécules et ADN qu’un échantillon peut contenir, ce qui signifie que certains détails peuvent être manqués. Ce serait comme décider de donner un steak à tout le monde lors d’un dîner, simplement parce que la majorité des invités sont des mangeurs de viande. Et, selon Hannon, offre « une image imprécise de ce à quoi ressemblent vraiment les tumeurs ».

Ces dernières années, il est devenu évident que les tumeurs diffèrent grandement d’un patient à l’autre. Ces différences peuvent également apparaître au sein de la tumeur de chaque patient, ce qui pose d’autres défis pour le traitement. Au fur et à mesure que cette idée s’est imposée, les techniques utilisées pour caractériser les tumeurs en laboratoire se sont concentrées sur chaque cellule cancéreuse individuelle, plutôt que sur des informations moyennes provenant de plusieurs.

Hannon dit que cela a été une amélioration, car cela donne des informations beaucoup plus détaillées. Mais il pense qu’il faut aller plus loin, en s’appuyant sur la géographie des tumeurs pour construire une image plus complète et affiner les prédictions autour du traitement.

Les tumeurs ne sont pas constituées d’un seul type de cellules, dit Hannon. Il faut donc faire davantage pour découvrir quelles cellules se trouvent à l’intérieur des tumeurs, où elles se trouvent et qui sont leurs voisines. « Les cellules tumorales au sein d’un cancer ont des propriétés différentes, des capacités différentes », explique-t-il. Et l’équipe souhaite définir ces différences pour chaque cellule cancéreuse d’une tumeur et étudier comment cela affecte les cellules saines qui peuvent être corrompues et contrôlées par les tumeurs, telles que les cellules immunitaires.

Construire l’atlas

« L’objectif de notre projet est de créer un atlas 3D interactif des cancers où nous connaissons chaque cellule, nous savons de quel type de cellule il s’agit et nous connaissons ses caractéristiques générales », explique Hannon.

C’est un objectif ambitieux, mais pas hors de portée.

« Nous y pensons presque comme si nous disions » OK, nous allons envoyer un homme sur Mars « . » Ce qu’ils essaient de faire ne viole aucune loi particulière de la physique, ajoute-t-il. Cela signifie que la technologie existe, mais ils devront repousser les limites de ce qui peut être fait avec elle dès maintenant pour y arriver.

Comme pour tout voyage d’exploration, l’équipe a besoin d’une carte. Et ils commenceront avec un microscope spécialisé pour prendre une photo de chaque cellule des tumeurs qu’ils étudieront initialement chez la souris, puis dans des échantillons de patients.

« Les types de microscopes qui font cela, vous ne pouvez pas les acheter, vous devez les construire », explique Hannon. « Vous ne pouvez pas simplement passer une commande. Nous avons donc trouvé quelqu’un qui est un véritable expert dans ce domaine et ils viendront à Cambridge et construiront cette chose. »

Ce microscope est unique car il est attaché à ce qui est essentiellement une petite trancheuse à bacon. Alors que le microscope capture une image d’une minuscule couche de cellules dans un échantillon de tumeur, cette même couche est découpée et collectée pour une analyse plus approfondie.

Une fois cette opération effectuée pour l’ensemble de la tumeur, l’image de chaque cellule doit être reconstituée en une image 3D complète, ce qui implique de traiter beaucoup de données.

« Quand je dis beaucoup, je parle d’environ 100 téraoctets par échantillon », explique le Dr Dario Bressan, qui fait partie de l’équipe de Hannon qui dirige le volet microscopie du projet.

C’est plus du double de la quantité de données collectées par le télescope spatial Hubble au cours de ses 20 premières années d’observation, pour chaque échantillon collecté par l’équipe. Ainsi, dans l’espoir d’analyser des milliers d’échantillons au cours du projet, il n’est pas surprenant qu’ils se soient tournés vers le département d’astronomie de l’Université de Cambridge pour les aider à traiter ces données.

« Quand nous avons dit aux spécialistes de l’astronomie que vous deviez archiver 100 téraoctets de données, ils ont dit : « Oh, seulement ? » Ils sont habitués à cela – le sujet de leur discussion est le ciel – alors ils adaptent leurs algorithmes de la recherche d’étoiles à la recherche de cellules », explique Bressan.

Une fois l’image 3D respectée, l’équipe devra alors superposer les données d’une suite de techniques qui mesurent les gènes et les molécules à l’intérieur de chaque cellule individuelle. Ceci est rendu possible en appliquant les techniques aux fines tranches qui ont été à l’origine extraites du microscope, puis en les mappant sur l’image 3D de l’équipe d’astronomie.

À l’heure actuelle, lorsqu’elles sont utilisées dans les laboratoires de pathologie, ces techniques peuvent mesurer les niveaux de quelques molécules de protéines et l’activité de quelques gènes. « Notre avantage ici est que nous collaborons avec des personnes qui ont inventé des moyens d’étendre cela à 1000 gènes ou plus et 53 protéines », explique Bressan.

« En fin de compte, nous voulons être en mesure de collecter plus de 20 000 informations sur chaque cellule d’une tumeur », ajoute Hannon. Encore une fois, c’est beaucoup d’informations.

« Nous devrons inventer une toute nouvelle façon pour les gens d’interagir avec ces informations », déclare Hannon.

Et c’est là qu’intervient la réalité virtuelle.

Un nouveau point de vue

Le défi de la présentation et de la communication de ces données est un défi auquel l’équipe a beaucoup réfléchi.

« La seule façon de mettre plus d’informations sur un morceau de papier est d’écrire plus petit », explique Hannon. « Et à un moment donné, il y a des rendements décroissants là-dedans.

« En réalité virtuelle, nous pouvons présenter beaucoup plus de dimensions d’informations que vous ne pouvez le faire sur un morceau de papier. »

Pour y remédier, l’équipe s’est inspirée du monde des jeux vidéo, qui, selon Bressan, sont « très bons pour montrer beaucoup d’informations en un clin d’œil ».

L’idée de l’équipe, ajoute-t-il, est qu’avec la réalité virtuelle « nous n’utilisons pas seulement la position de chaque cellule, mais nous pouvons utiliser la couleur de chaque cellule, nous pouvons utiliser si elle clignote ou non, nous pouvons utiliser la taille. Et déjà, en faisant cela, vous examinez 6 à 8 dimensions de données en même temps.

Grâce à une nouvelle collaboration avec le concepteur de réalité virtuelle Owen Harris, l’artiste Flaminia Grimaldi et le programmeur Robby Becker, cette ambition a rapidement été développée en une démo fonctionnelle, présentée dans la vidéo ci-dessous.

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– Recherche sur le cancer au Royaume-Uni (@CR_UK) 2 mai 2017

« Quand Greg m’a approché, je travaillais avec des scientifiques néerlandais pour créer une expérience de réalité virtuelle pour les personnes souffrant d’anxiété et de dépression », explique Harris. Alors qu’il pensait que le plan d’Hannon pour un laboratoire virtuel de cancérologie semblait incroyable, Harris n’était pas sûr à l’origine de pouvoir aider en raison de l’ampleur du projet.

Mais une visite à Cambridge et une conversation avec sa tante Claire l’ont fait changer d’avis.

« J’ai été submergé par la vision des gens du laboratoire », dit-il. « C’était exaltant. Je pensais donc que je devais faire un peu sur ce projet.

Sa tante l’encourage alors à aller plus loin.

« Claire est une personne très importante dans ma vie. Dans mon adolescence, elle m’a vraiment encouragée à des moments où les autres ne l’étaient pas.

« Elle a un cancer du sein. Et elle m’a dit : ‘tu dois faire ça’. C’est donc un mélange de sa demande et de l’impression que j’ai eue de l’équipe qui m’a attiré de plus en plus profondément.

Alors que Harris et son équipe ont développé une première version impressionnante du laboratoire virtuel, il admet qu’il a été « maintenu avec du ruban adhésif virtuel ».

Alors maintenant, l’équipe travaille sur de nouvelles fonctionnalités et renforce les bases de la nouvelle technologie. « Le défi du design est passionnant car c’est le seul d’entre eux qui existe au monde », dit-il.

« C’est l’une des choses les plus satisfaisantes sur lesquelles j’ai jamais travaillé. »

L’avenir de la VR, c’est plus de salles pour examiner les nouvelles données de différentes manières. Ces développements, dit Harris, sont axés sur la création de quelque chose qui fonctionne pour les chercheurs, les médecins et les personnes qui cherchent à en savoir plus sur le cancer.

Un nouveau type de pathologie ?

L’espoir d’Hannon est que les informations qu’ils recueilleront au cours des 5 prochaines années, et la technologie qu’ils construisent, feront partie de la pathologie moderne.

Cela ne passera pas par les milliers de mesures qu’ils ont prévues pour des millions de cellules. Au lieu de cela, ils devront constamment se concentrer sur les informations les plus importantes pour les médecins qui cherchent à prendre des décisions concernant le traitement.

Une grande partie de cela, dit-il, est que les instruments personnalisés et maladroits qu’ils construisent devront être transformés en quelque chose qui « tienne dans une boîte à chaussures ».

Travailler en réalité virtuelle ouvre également la possibilité de collaborer à travers le monde, à la fois pour les scientifiques impliqués dans les premières étapes de développement et potentiellement pour les médecins à l’avenir.

« Il ne s’agit pas d’une interface utilisateur unique », déclare Hannon. « La chose dans laquelle le monde du jeu est vraiment bon, c’est d’avoir ces conceptions multi-utilisateurs. Donc, ce que nous envisageons, ce n’est pas seulement que les chercheurs puissent se rencontrer dans ces espaces de réalité virtuelle, mais que les médecins et les patients examinent ces modèles ensemble. »

Cette ambition, même si elle reste un objectif lointain, est partagée par les 2 représentants de patients qui soutiendront l’équipe d’Hannon.

Lors d’un événement récent où toutes les équipes du Grand Challenge se sont réunies pour présenter leurs projets, les patients ont expliqué comment ils pensent que voir les données, en particulier en 3D, pourrait aider les autres à comprendre certains des choix de traitement qui leur sont présentés.

Et c’est la vraie réalité derrière les lunettes de science-fiction, un désir de tout savoir sur une tumeur, afin que les médecins, les patients et le public aient chacun les informations dont ils ont besoin pour naviguer dans leur cheminement à travers le cancer.

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