Double hélice d'ADN (visualisation par ordinateur)

L’intelligence artificielle déverrouille le «trésor» de milliards d’échantillons de cancer

Image : double hélice d’ADN

Les scientifiques ont développé une méthode d’intelligence artificielle (IA) qui peut débloquer un “trésor” de la recherche sur le génome du cancer à partir de milliards d’échantillons de tissus conservés régulièrement stockés dans les hôpitaux pendant des décennies.

La nouvelle méthode permet, pour la première fois, d’analyser avec précision les modèles de mutations dans l’ADN des tissus stockés à température ambiante dans de la paraffine – qui seraient autrement masqués en raison des dommages causés lors de la conservation.

L’analyse des modèles de mutation dans les génomes du cancer peut révéler la cause du cancer, aider à diagnostiquer avec précision le cancer et peut également révéler pourquoi les cancers deviennent résistants au traitement.

Actuellement, il n’est possible d’analyser les génomes tumoraux qu’à l’aide d’échantillons de tissus congelés ou frais, ce qui nécessite du personnel et des équipements spécialisés pour la manipulation et le stockage.

Des échantillons de tissus, principalement des tumeurs, sont systématiquement prélevés pendant le traitement, conservés à l’aide d’un produit chimique appelé formol et placés dans un bloc de cire de paraffine. Ils sont communément appelés échantillons FFPE (formalin-fixed-embedded paraffine) et la plupart des échantillons de tissus prélevés dans les hôpitaux sont stockés de cette façon. Les blocs de paraffine sont ensuite coupés en fines tranches afin que la biopsie puisse être visualisée par des pathologistes au microscope pour faciliter le diagnostic et guider le traitement.

ADN tordu

Mais le formol est connu pour déformer l’ADN, et en tant que tel, l’analyse génomique de ces échantillons est évitée.

Scientifiques du Cancer Research Institute de Londres Université Queen Mary de Londreset le Université d’Helsinki Méthodes d’apprentissage automatique appliquées pour découvrir exactement comment le formol mute l’ADN.

Ils ont montré que les mutations induites par le formol laissent des schémas cohérents et que la “soustraction” de ces changements par calcul peut révéler avec précision les schémas mutationnels sous-jacents liés au cancer dans des échantillons collectés par différents laboratoires et traités de différentes manières.

Normalement, le séquençage de l’ADN d’échantillons fixés au formol ne capture qu’environ la moitié des processus mutationnels qui agissent sur l’ADN, ce qui signifie que des informations très importantes sont perdues. Fixation de la séquence à l’aide de la méthode, appelée FFPEsigpermet la détection de neuf processus mutationnels sur 10.

“Des opportunités énormes pour la recherche.”

Les scientifiques de l’ICR affirment que la méthode pourrait présenter de grandes opportunités de recherche, en particulier dans les cancers où des échantillons de tissus ont été collectés au fil du temps – permettant aux scientifiques de revenir en arrière et de mesurer les premières étapes de l’évolution du cancer dans une tumeur individuelle. .

La recherche a été financé par Cancer Research UKl’Université d’Helsinki, et en partie par Académie de Finlande. L’étude a été publié aujourd’hui dans Nature Communications.

L’évolution du cancer – où certains cancers s’adaptent aux traitements et à leur environnement – est la principale raison pour laquelle les médicaments et les traitements contre le cancer cessent de fonctionner et un défi majeur pour la recherche sur le cancer.

Suivre l’évolution du cancer à une échelle sans précédent

Les chercheurs espèrent que le déverrouillage de l’ADN à partir d’échantillons FFPE pourrait permettre aux chercheurs de suivre l’évolution du cancer à une échelle sans précédent.

Cela peut être particulièrement important pour des affections telles que la maladie inflammatoire de l’intestin ou l’œsophage de Barrett, où les patients présentent un risque élevé de développer un cancer, et des biopsies sont effectuées pour rechercher les premiers signes de la maladie. L’analyse de l’ADN de ces premières biopsies pourrait permettre aux scientifiques d’observer les premières étapes évolutives du développement du cancer.

L’outil peut également être utilisé pour la recherche sur des cancers rares, difficiles à étudier en raison du faible nombre de cas. L’ouverture d’archives historiques peut aider les scientifiques à accéder à plus d’échantillons et à améliorer leurs expériences.

Élargir l’accès au séquençage tumoral pour les patients

Cela pourrait également accélérer l’adoption plus large du séquençage du génome tumoral au sein du NHS. Actuellement, le séquençage du génome d’échantillons frais ou congelés nécessite un équipement et un personnel spécialisés qui ne sont pas disponibles dans tous les hôpitaux. L’utilisation d’échantillons FFPE peut rendre le profilage du génome du cancer accessible en dehors des centres spécialisés.

Les scientifiques soulignent que l’outil n’élimine pas complètement les artefacts causés par le formol et que les performances de l’outil varient en fonction du type de cancer. Il faut donc faire attention à interpréter les résultats. Les auteurs sont également intéressés à appliquer leurs méthodes à un éventail beaucoup plus limité d’échantillons d’archives à l’avenir.

L’intelligence artificielle est l’une des principales approches mises à profit au nouveau Centre de découverte de médicaments anticancéreux de l’ICR. Le centre pionnier rassemble des scientifiques évolutionnistes du Centre Évolution et Cancer de l’ICR et des chercheurs en découverte de médicaments de l’unité thérapeutique du cancer de l’ICR.

”Les opportunités de recherche sont énormes”

Le professeur Trevor Graham, directeur du Centre for Evolution and Cancer du Cancer Research Institute de Londres, a déclaré :

« Le formol est le principal agent de conservation utilisé dans les hôpitaux du monde entier pour stocker les échantillons de patients – la plupart des hôpitaux auront des centaines de milliers, voire des millions, de ces blocs de tissus stockés dans leurs dossiers. Cette découverte pourrait nous permettre de déverrouiller une énorme banque d’informations biologiques critiques à partir de potentiellement des milliards d’échantillons de tissus stockés pendant des décennies.

« L’évolution est au cœur de la raison pour laquelle le cancer se développe et aussi pourquoi les cancers deviennent résistants au traitement. Nous sommes ravis d’utiliser cet outil pour plonger dans ces vastes archives et retracer l’histoire évolutive du cancer à une toute nouvelle échelle. Les opportunités de recherche sont énormes.

“Les informations obtenues accéléreront la recherche actuelle sur le cancer”

Qingli Guo, doctorant au Département d’informatique de l’Université d’Helsinki, a déclaré :

« Notre méthode aide à déverrouiller les données génomiques dans les échantillons de tumeurs d’archives stockés dans les hôpitaux du monde entier. L’information obtenue accélérera la recherche actuelle sur le cancer. À l’avenir, il sera peut-être plus facile d’adapter les traitements à chaque patient de manière routinière dans les hôpitaux.

Caitlin Astbury, responsable de l’information sur la recherche chez Cancer Research UK, a déclaré :

“L’IA a un énorme potentiel pour percer les plus grands mystères de la façon dont le cancer commence, se développe et se propage. Les algorithmes qui l’alimentent peuvent nous guider à travers l’ensemble complexe de mutations qui se produisent dans différents types de cancer, en trouvant les groupes d’altérations génétiques qui peuvent être les plus pertinents pour les nouveaux traitements.

« La conservation d’échantillons biologiques à des fins d’analyse entraîne des changements chimiques dans la tumeur. Différentes méthodes de conservation provoquent des changements dans la structure moléculaire de la tumeur, de sorte que les scientifiques ont dû prendre des décisions difficiles sur les caractéristiques de la tumeur à conserver pour l’analyse.

“Cet outil peut éliminer un obstacle majeur”

« Cette étude est une utilisation inspirée de l’IA pour suivre les modifications de l’ADN qui se produisent lors de la fixation du formol, pour nous permettre de comprendre à quoi ressemblerait la tumeur avant qu’elle ne soit préservée. Cet outil peut éliminer un obstacle majeur à l’utilisation d’échantillons fixés au formol pour le séquençage de l’ADN.

“Nous sommes impatients de voir cet outil utilisé plus largement, pour aider les scientifiques à tirer le meilleur parti possible des vastes quantités d’échantillons de tumeurs fixés au formol dans les laboratoires et les hôpitaux du monde entier.”

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