AIMOKA : la création d'un jumeau numérique pour aider au traitement des tumeurs profondes

Avec AIMOKA, chercheurs et cliniciens misent sur la modélisation numérique pour mieux comprendre, anticiper et personnaliser le traitement des tumeurs profondes.

La modélisation pour améliorer une thérapie antitumorale

L’idée fondatrice de l’équipe-projet AIMOKA - modélisation avancée et innovante pour l'ablation percutanée des tumeurs cancéreuses - est née d’un constat : pour certaines tumeurs profondes non opérables, comme celles du foie ou du pancréas, les ablations percutanées par électroporation représentent une voie prometteuse. « Ces techniques de radiologie interventionnelle consistent à insérer des aiguilles guidées par imagerie médicale pour appliquer un champ électrique et perméabiliser les membranes des cellules, décrit Clair Poignard, directeur de recherche Inria et responsable de l’équipe-projet. Le champ appliqué est intense mais bref, jusqu’à 2 000 volts par centimètre durant quelques centaines de microsecondes. »

Toutefois, ces ablations percutanées par électroporation, qui détruisent les cellules tumorales par des impulsions électriques, se heurtent à des obstacles techniques et à un manque de critères cliniques standardisés pour évaluer leur efficacité, pendant l’intervention et au cours du suivi. C’est précisément ce que veut changer l’équipe-projet AIMOKA, créée conjointement par l'Inria, l’AP-HP et l’université Sorbonne Paris-Nord. Son ambition : développer un jumeau numérique de l’ablation percutanée, pour réduire les récidives et mieux comprendre les échecs thérapeutiques.

Une collaboration entre l'Inria et l'AP-HP et l'université Sorbonne Paris-Nord

Dans ce partenariat, l’AP-HP apporte des compétences médicales pointues et un accès à des données biomédicales en environnement hospitalier. Olivier Séror, professeur des universités et praticien hospitalier au groupe hospitalo-universitaire (GHU)AP-HP. Hôpitaux universitaires Paris Seine-Saint-Denis, cofondateur d’AIMOKA, insiste : « Les données sont réelles, issues de patients, de procédures, avec toutes les contraintes hospitalières. »

L’échange permanent entre réalité clinique et recherche en mathématiques permet ainsi d’intégrer les exigences opératoires dès la conception de solutions numériques en vue d’une médecine personnalisée. « Impossible, par exemple, de recourir à des supercalculateurs pour faire de la simulation dans les blocs opératoires, poursuit Olivier Séror. Nous devons utiliser des machines moins puissantes, compatibles avec l’environnement hospitalier. Cette contrainte stimule notre innovation. »

Les promesses de l’ablation percutanée par électroporation

Dans ce cadre, l’équipe AIMOKA privilégie l’électroporation, une technique qui consiste donc à appliquer un champ électrique sur les membranes cellulaires, ce qui augmente la perméabilité membranaire. Son effet peut être irréversible, quand l’énergie délivrée est si importante que les pores membranaires ne se referment pas, entraînant la mort de la cellule. Avec des énergies plus faibles, il est réversible. Un agent chimiothérapeutique peut alors pénétrer dans les cellules, ce qui en augmente l’efficacité, sans toucher les tissus environnants.

Un jumeau numérique pour modéliser les interventions percutanées

Le déploiement de ces méthodes sera facilité par une cartographie précise des champs électriques en temps réel. C’est l’objectif central d’AIMOKA. « Ce jumeau numérique de la procédure est une modélisation de l’ablation percutanée à partir des données réelles, précise Clair Poignard. Il va reproduire l’intervention telle qu’elle se déroule réellement, en considérant la position des aiguilles placées par le radiologue. Cette approche innovante permet une optimisation dynamique lors de l’opération. » 

Ainsi, quand Olivier Séror place les électrodes, son confrère Olivier Sutter entre les coordonnées des aiguilles dans l’ordinateur du bloc opératoire. Une cartographie du champ électrique en 3D est générée instantanément. « Nous voyons immédiatement si la tumeur est bien couverte, s’il faut déplacer ou ajouter une aiguille », poursuit le chercheur d’Inria. « Cette planification intelligente pourrait un jour permettre de robotiser des opérations de radiologie interventionnelle », imagine Olivier Séror.

Quatre axes prioritaires de recherche

En termes de perspectives, l’équipe-projet AIMOKA articule ses travaux autour de quatre axes :

• standardiser les marges d’ablation nécessaires selon la méthode (électroporation, radiofréquence…) ;

• l’évaluation rapide de l’efficacité thérapeutique durant l’intervention grâce au jumeau numérique ;

• la modélisation aux échelles cellulaire et tissulaire. « L’intérêt ? Étudier la réponse biologique pour anticiper les évolutions thérapeutiques. L’objectif est d’avoir un continuum de la recherche fondamentale à la clinique pour intégrer rapidement les avancées importantes pour la pratique médicale. »  ;

• le développement d’outils numériques pour la visualisation et le recalage d’images (IRM, échographie...), pour permettre les allers-retours entre théorie et clinique et concevoir une interface utilisable en soins.

Articles de recherche, brevet et startup en création

D’ores et déjà, l’équipe-projet AIMOKA peut se prévaloir de plusieurs résultats. Une étude d’Olivier Sutter, à paraître dans European Radiology, démontre la pertinence du jumeau numérique pour l’électroporation des tumeurs hépatiques. « À partir de cas traités à l’AP-HP et de la cartographie du champ électrique, nous avons prédit quels patients allaient répondre au traitement et lesquels risquaient de rechuter », explique-t-il.  

Et les travaux communs de MONC et AIMOKA ont déjà débouché sur un brevet et une startup en cours de création. « Nos codes sont assez matures pour être utilisés en clinique, conclut Clair Poignard. En faisant entrer les mathématiques au bloc opératoire, nous voulons accélérer l’applicabilité en médecine de la recherche numérique. »

Pour en savoir plus : lire l'article dédié sur le site de l'INRIA