Elaboration et validation de l’iBox, le premier outil universel de prédiction du risque de perte de rein greffé basé sur l’intelligence artificielle.

COMMUNIQUÉ | 17 SEPT. 2019 - 14H30 | PAR INSERM (SALLE DE PRESSE)

PHYSIOPATHOLOGIE, MÉTABOLISME, NUTRITION

Des équipes de deux centres majeurs de transplantation rénale de l’AP-HP (à l’hôpital Necker-Enfants malades et à l’hôpital Saint-Louis) et de l’Université de Paris, ont coordonné, au sein du « Centre d’expertise de la transplantation d’organe » de l’unité Inserm 970 dirigé par le Pr Alexandre Loupy, une étude internationale ayant permis d’élaborer et de valider iBox, le premier algorithme universel de prédiction du risque de perte de rein greffé. Cet outil de prédiction individuel du risque de perte de greffon, qui est délivré aux praticiens, permet d’améliorer non seulement le suivi des patients, mais aussi d’optimiser le développement de nouveaux traitements immunosuppresseurs, en réduisant significativement la durée des essais cliniques.
Ces travaux, qui ont été menés en collaboration avec huit centres de transplantation en France (Suresnes (hôpital Foch), Toulouse, Nantes et Lyon), en Belgique (Louvain) et aux Etats-Unis (John Hopkins Medical Institute, Mayo Clinic & University of Virginia), ont été publiés le 17 septembre 2019 sur le site de la revue The British Medical Journal.

La maladie rénale chronique touche une personne sur dix dans le monde et est en croissance constante. Bien que la transplantation rénale est privilégiée dans le traitement de l’insuffisance rénale chronique terminale, environ 55% des patients sont encore traités par dialyse. Cette dernière représente un coût annuel de 2,6 milliards d’euros en France et de 42 milliards de dollars aux Etats-Unis. Par ailleurs, le taux de rejet tardif de greffons suite à une transplantation rénale est encore aussi élevé qu’en 1999.
Les organismes de réglementation, l’European Medicines Agency (EMA) et la Food and Drug Administration (FDA) notamment, ont souligné la nécessité de développer un outil robuste qui puisse prédire la survie à long terme du greffon. Un tel outil faciliterait les interventions thérapeutiques, la prise de décisions cliniques et les essais cliniques, dans ce domaine où les besoins sont importants.
Des équipes de l’hôpital Necker-Enfants malades AP-HP, de l’hôpital Saint-Louis AP-HP et de l’Université de Paris, ont mené, au sein du « Centre d’expertise de la transplantation d’organe » de l’unité Inserm U970, un important travail collaboratif qui a permis d’inclure les paramètres cliniques, histologiques, immunologiques et fonctionnelles de 7.500 patients suivis sur plus de dix ans après la transplantation rénale, en Europe et aux Etats-Unis.
Les équipes ont identifié huit des paramètres associés au risque de perte de greffon dans les dix ans suivant la greffe. Ces travaux ont permis de générer iBox, un algorithme de prédiction du risque pour chaque patient. Ce dernier a été testé et validé sur 3.557 patients recrutés en France, en Belgique et aux Etats-Unis. Ces modèles ont ensuite été intégrés dans un logiciel pour fournir aux praticiens un outil d’aide à la décision médicale utilisable au lit du patient et dans les scénarios les plus courants rencontrés en transplantation.

« En optimisant la prise de décision médicale, l’utilisation d’iBox pourrait avoir un impact important non seulement sur la qualité de vie de chaque patient, mais aussi sur la survie à long terme des greffons, » explique le Pr Alexandre Loupy, néphrologue à l’hôpital Necker-Enfants malades AP-HP et directeur du « Centre d’expertise de la transplantation d’organe » au sein de l’unité Inserm 970. Il ajoute également que « Cet outil, qui sera déployé fin 2019 dans deux centres pilotes de l’AP-HP, illustre parfaitement le potentiel de l’utilisation d’algorithmes et de l’intelligence artificielle dans le domaine des transplantations d’organes.»
« L’application de l’IBox va bien au-delà de la greffe rénale car les résultats prometteurs sur le rein sont actuellement en cours de validation en transplantation cardiaque et dans la maladie cardiovasculaire ». souligne le Pr Xavier Jouven, Chef du pôle cardiovasculaire à l’hôpital européen Georges Pompidou, AP-HP ainsi que de l’équipe « Epidémiologie intégrative » au sein de l’unité Inserm U970.

Son utilisation sur les données d’essais cliniques de différents traitements en transplantation rénale a permis aux équipes de conclure à la fiabilité des prédictions d’iBox quels que soient le système de santé, la situation clinique ou le traitement suivi par le patient avec un gain de plus de six années en moyenne dans le développement de médicaments immunosuppresseurs.
Les variables utilisées dans iBox sont facilement accessibles après transplantation. iBox est donc adaptable à la pratique clinique courante, et pourrait être déployé, à l’échelle internationale, dans la majorité des centres de greffe rénale. Une prochaine étape serait d’inclure l’utilisation d’iBox de façon automatique dans les dossiers médicaux électroniques.
La recherche clinique en transplantation est très réduite, essentiellement parce que l’indicateur de succès de toute nouvelle thérapie est l’allongement de la durée médiane de vie des greffons, aujourd’hui de sept ans.
En permettant de prédire le devenir à long terme d’un greffon de manière fiable, l’utilisation de l’iBox pourrait aussi réduire la durée des études et ainsi relancer les essais cliniques en transplantation en réduisant significativement leur coût.
 

Le Centre d’expertise de la transplantation multiorgane est une équipe de recherche Inserm labellisée comportant un  réseau actif spécialisé dans la transplantation d’organe qui regroupe des médecins et des professeurs des grands hôpitaux parisiens, des immunologistes, des pathologistes, des épidémiologistes, des statisticiens et des mathématiciens. Son objectif est d’accélérer l’application des découvertes dans le domaine clinique de la transplantation, afin de faciliter le passage de la science fondamentale à la recherche biomédicale appliquée. Il vise à développer une approche personnalisée de la médecine des transplantations qui intégrera des informations multidimensionnelles issues des différentes spécialités. Plus d’informations sur www.paristransplantgroup.org/

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Schizophrénie

Sous titre
Intervenir au plus tôt pour limiter la sévérité des troubles

La schizophrénie est une maladie psychiatrique caractérisée par un ensemble de symptômes très variables : les plus impressionnants sont les délires et les hallucinations, mais les plus invalidants sont le retrait social et les difficultés cognitives. Aujourd’hui, une prise en charge adaptée permet d’obtenir une rémission durable chez un tiers des patients. Les chercheurs tentent de mieux comprendre la pathologie et ses facteurs de risque. Ils cherchent aussi à identifier des marqueurs de sa survenue et de son évolution. Leur objectif : être en mesure d’intervenir le plus tôt possible et de prévenir la sévérité de la maladie.
               
Dossier réalisé en collaboration avec Marie-Odile Krebs, directeur de recherche à l’Inserm (unité 894), professeur de psychiatrie à l’université Paris Descartes et chef de service à l’hôpital Sainte-Anne à Paris

Comprendre la schizophrénie
La schizophrénie concerne environ 0,7% de la population mondiale, dont 600 000 personnes en France. Elle sévit dans toutes les régions du monde mais semble plus fréquente en milieu urbain et chez les migrants. Elle se déclare le plus souvent à l’adolescence, entre 15 et 25 ans. Elle peut être diagnostiquée plus tôt, mais très rarement chez des enfants. Dans 35 % à 40 % des cas, elle se manifeste par des débuts aigus, avec des bouffées délirantes. Une hospitalisation est souvent nécessaire lors du premier épisode.
La maladie touche aussi bien les femmes que les hommes. Toutefois, d’après certaines études, elle pourrait être plus précoce et plus invalidante chez ces derniers.

Des symptômes très variables
Les symptômes de la schizophrénie sont très hétérogènes d’un patient à l’autre et évoluent souvent au cours de la maladie.  
Les cliniciens les classent en trois groupes :
*         Les symptômes positifs sont les plus impressionnants : un sentiment de persécution (paranoïa), une mégalomanie, des idées délirantes bizarres, invraisemblables et excentriques, mais également d’hallucinations sensorielles. Ces dernières sont le plus souvent auditives, avec une ou plusieurs voix discutant des pensées du patient. Elles peuvent aussi être visuelles, olfactives, tactiles ou gustatives.
*         Les symptômes négatifs correspondent à un appauvrissement affectif et émotionnel avec une mise en retrait par rapport à la famille et la société. Les cliniciens parlent souvent d’"émoussement" de l’émotivité, de la communication et de la volonté. Les patients s’isolent, présentent une perte d’intérêt, une difficulté à entreprendre des actions et paraissent insensibles au monde extérieur.
*         Il existe par ailleurs une désorganisation de la pensée, des paroles, des émotions et des comportements. Les patients évoquent des sentiments contradictoires dans une même discussion, tiennent des discours incohérents. A ces symptômes s’ajoutent très souvent une baisse de l'attention, de la concentration, de la mémoire ou encore de la compréhension. Cela se traduit notamment par une incapacité à planifier des tâches simples, comme faire son travail ou des courses, source d’un handicap majeur dans la vie quotidienne.
La présence de symptômes positifs facilite le diagnostic de la maladie. A l’inverse, des symptômes négatifs peuvent être associés à une dépression, retardant parfois le diagnostic de plusieurs années.

Un tiers des patients en rémission durable
La schizophrénie est une maladie chronique qui évolue en général par phases aiguës dans les premières années, puis qui se stabilise avec des symptômes résiduels d'intensité variable selon les sujets. Le pronostic varie en fonction des caractéristiques de la maladie. Il dépend aussi de la qualité du soutien psychosocial, de l'accès aux soins et de l'adhésion du patient à sa prise en charge. Il existe des facteurs de bon pronostic, comme le fait d’être une femme, d’être dans une situation sociale et familiale stable lors du premier épisode psychotique, d’avoir conscience de sa maladie et de participer activement au suivi avec les médecins, ou encore de bénéficier d’une prise en charge rapide dès les premiers troubles psychotiques. D’autres facteurs sont au contraire moins favorables, notamment le fait d’être de sexe masculin, en situation d’isolement social et de célibat, avoir des antécédents familiaux, une progression rapide des symptômes négatifs, ou encore une longue période de latence avant les premiers soins.
Au final, environ un tiers des patients sont en rémission durable après quelques années de traitement : ils reprennent une vie sociale, professionnelle et affective. Chez les autres, la maladie persiste dans le temps avec des symptômes à peu près contrôlés grâce à un suivi médical, mais avec des rechutes possibles. Restent malheureusement 20 à 30 % de sujets peu répondeurs aux traitements.

Une dangerosité surtout contre soi-même
Pendant la phase aigüe de la maladie, les patients ont une qualité de vie très altérée. Environ la moitié des patients souffrant de schizophrénie fait au moins une tentative de suicide dans sa vie et 10 % en meurent. En dépit de l’emphase donnée à certains faits divers, les patients dangereux pour la société sont une minorité. Seuls de rares cas donnent lieu à des accès de violence au cours d’une crise, et cette agressivité est le plus souvent tournée vers le patient lui-même.

Une affaire de génétique et d’environnement
La schizophrénie est une maladie complexe dont la survenue repose sur la présence d’éléments génétiques et environnementaux.
Composante génétique de la maladie
Il existe à priori deux types de prédisposition génétique à la maladie :
*         la présence chez un individu de plusieurs variants génétiques associés à un léger sur-risque de développer la maladie, qui augmentent sa vulnérabilité à des facteurs de risque environnementaux. Des travaux consistant à rechercher des gènes de susceptibilité à la maladie chez un grand nombre de patients (genome wide association) ont permis de détecter certains de ces gènes. Mais l’hétérogénéité du trouble et le faible effet de ces variations génétiques rendent difficile leur identification formelle.
*         la présence de mutations ponctuelles, rares mais à effet majeur, qui exposent à un risque beaucoup plus important. Certaines de ces mutations pourraient altérer des gènes impliqués dans la plasticité neuronale, c’est à dire dans la capacité des neurones à modifier leur activité en fonction de leur environnement (nouvelles connexions, nouvelles propriétés…) pour optimiser le fonctionnement cérébral.
Au total, probablement près de 10 % de la population serait porteuse de certains facteurs de vulnérabilité à la schizophrénie. Mais, rappelons-le, la maladie touche moins de 1 % des individus. En outre, chez deux vrais jumeaux qui ont le même patrimoine génétique, le risque de schizophrénie de l’un est de 30 à 40 % si l’autre est malade. Ainsi, même en présence de variants génétiques à effet majeur, la génétique n’explique pas à elle seule la survenue de la maladie : elle dépend également de l’environnement.

Composante environnementale de la maladie
Le poids réel des facteurs environnementaux est encore mal connu, mais des travaux suggèrent que certains éléments influençant le développement cérébral (comme des problèmes au cours du développement fœtal en raison d’incompatibilité rhésus ou de complications liées à une grippe contractée pendant la grossesse) pourraient entrainer un risque de développer une schizophrénie par la suite. D’autres facteurs de risque plus tardifs sont montrés du doigt comme déclencheurs de la maladie : La consommation de substances psychogènes comme le cannabis est l’un d’entre eux. Il est maintenant établi que l’usage régulier de cannabis avant 18 ans double le risque de schizophrénie. Le fait de vivre en milieu urbain ou encore d’être enfant issu de l’immigration semble également jouer un rôle.
La maladie est par ailleurs associée à des anomalies anatomiques au niveau du cerveau : anomalies de la substance grise (les corps cellulaires des neurones et des glies) et de la substance blanche
substance blanche
Zone du cerveau constituée d’axones, les prolongements cellulaires des neurones.
(les fibres nerveuses, axones
axones
Prolongement de neurones
et dendrites, permettant la communication entre neurones), déficit du neuropile (tissu interstitiel de la substance grise), déficit oligodendrocytaire, perte de myéline
myéline
Substance protectrice qui entoure les fibres nerveuses.
(gaine lipidique des fibres nerveuses).

Prise en charge médicamenteuse et psychosociale
La prise en charge de la maladie est difficile en raison de la multiplicité et de la diversité des symptômes. Elle dépend du profil de chaque patient. Du fait du manque de connaissances relatives aux bases biologiques et environnementales de la maladie, les traitements et thérapies sont essentiellement symptomatiques. Ils améliorent néanmoins la vie des patients et peuvent conduire à une rémission durable.
Après l’arrivée en 1952 du premier neuroleptique, la chlorpromazine, les antipsychotiques (clozapine, rispéridone, olanzapine, aripiprazole) ont révolutionné la vie des patients principalement atteints de symptômes positifs. Ces médicaments ne "guérissent" pas la maladie, mais ils atténuent ses symptômes et réduisent les taux de rechute. Ils permettent aussi aux patients d’accéder à la prise en charge psychosociale (réinsertion) ou à la remédiation cognitive (voir plus loin). La difficulté reste néanmoins de faire adhérer les patients à leur traitement sur le long terme (au moins deux ans après un premier épisode, et plus de cinq ans après un second épisode). Beaucoup des patients sont dans le déni, ou interrompent leur traitement après quelques mois, dès qu’ils se sentent mieux ou en raison d’effets indésirables (en particulier la prise de poids). Ils rechutent alors. Le contrôle de la maladie passe par l’observance du traitement.
Malheureusement, les antipsychotiques sont peu (ou pas) efficaces pour atténuer les symptômes négatifs et la désorganisation.
La stimulation magnétique transcranienne semble parfois efficace chez des patients résistants aux traitements, ou en adjonction aux antipsychotiques. Mais les modalités de son utilisation doivent encore être optimisées. Cette thérapie consiste à appliquer un champ magnétique sur une zone du cerveau pendant quelques secondes. Quelques séances menées sur une courte période peuvent permettre de réduire drastiquement la survenue d’hallucinations et atténuer les symptômes négatifs pendant plusieurs mois.
Dans les formes de la maladie sévères ou résistantes, l’électroconvulsivothérapie (électrochocs) peut être indiquée. C’est notamment le cas chez certains patients souffrant de formes catatoniques (perturbations psychomotrices particulières), désorganisées ou associées à des troubles de l’humeur.
Pour traiter les symptômes de désorganisation, la réhabilitation (ou remédiation) cognitive est privilégiée. Il s’agit d’une technique non médicamenteuse qui consiste à identifier les différentes composantes cognitives altérées par la maladie (troubles attentionnels, mémorisation, exécution…) et à trouver des solutions pour guérir ou contourner ces troubles, à travers des jeux de rôles, des exercices ou encore une éducation à sa propre maladie. L’objectif est de permettre au patient de retrouver une vie la plus normale possible. Cette approche d’origine anglo-saxonne se développe beaucoup en France. Elle se pratique le plus souvent sous forme d’entretiens individuels entre le patient et un professionnel de santé formé à cette thérapie (psychologue, infirmier…), au rythme de deux à trois séances par semaine pendant environ 3 à 6 mois.
Des thérapies cognitivo-comportementales
thérapies cognitivo-comportementales
Traitement des difficultés du patient dans « l’ici et maintenant » par des exercices pratiques centrés sur les symptômes observables au travers du comportement.
aident également le patient à éviter l’enfermement sur lui-même et la désocialisation progressive. Ces thérapies peuvent aborder des dimensions émotionnelles (angoisse, estime de soi, gestion du stress), sociales (hygiène de vie, motivation à entreprendre et aller vers les autres), ou encore médicales (réduire la consommation de substances psychogènes, éducation sur sa maladie).

Les enjeux de la recherche

Mieux comprendre l’action des facteurs de risque
Les chercheurs tentent actuellement de mieux comprendre l’influence des facteurs génétiques et environnementaux dans le déclenchement et l’évolution de la maladie. L’espoir est de pouvoir mettre en place des mesures de prévention, mais aussi de découvrir de nouvelles cibles thérapeutiques qui permettront de traiter la cause de la maladie, et non plus seulement ses symptômes.
Certaines études suggèrent que l’incidence
incidence
Nombre de cas nouveaux d'une maladie, apparus durant une période de temps donnée.
de la schizophrénie serait plus élevée en milieu urbain. Un projet européen (EU-GEI, pour European network of national schizophrenia networks studying gene-environment interactions), dont le but est d’étudier les déterminants génétiques et environnementaux de la schizophrénie, s’intéresse notamment à ce phénomène. En France, les incidences de la maladie dans les territoires de Clermont-Ferrand et de Créteil seront comparées. Le stress pourrait être en cause, mais également l’immunité (stimulée en ville du fait de l’exposition plus importante à des agents pathogènes transmissibles). Des infections précoces par des rétrovirus
rétrovirus
Virus dont le génome est constitué d’ARN : copié en ADN, il s’insère dans le génome de la cellule infectée.
ou la toxoplasmose sont par exemple associées à un sur-risque de schizophrénie selon certaines études.
Les chercheurs s’intéressent par ailleurs aux problèmes de développement cérébral qui pourraient être associés à certaines schizophrénies. Des travaux ont montré que certains autistes développent parfois une forme de schizophrénie atypique.

Attention au cannabis
La consommation de cannabis semble doubler le risque de schizophrénie, mais avec une grande hétérogénéité en fonction des individus. Cet effet dépendrait de la dose, de la teneur du produit en THC (delta-9-tétrahydrocannabinol, le principal composé psychotomimétique de cette drogue), de la durée d’utilisation et, surtout, de l’âge d’exposition et des susceptibilités génétiques individuelles. Des travaux conduits à l’Inserm ont récemment montré que les consommateurs les plus sensibles aux effets psychotiques du cannabis présentent des variants génétiques particuliers. Ce facteur de risque préoccupe particulièrement les chercheurs puisque le cannabis est préférentiellement consommé à l’adolescence, période de maturation cérébrale et d’apparition de la maladie.

A la recherche de marqueurs prédisant l’évolution et différenciant les formes de schizophrénie

Une prise en charge précoce évite une dégradation de l’état de santé du patient et un isolement trop marqué. C’est pourquoi les cliniciens cherchent à identifier des marqueurs de survenue et d’évolution de la maladie au stade précoce, dès la phase "prodromique" qui précède l’arrivée des symptômes de plusieurs années. L’étude européenne EU-GEI comprend justement une étude de population composée de sujets présentant des signes pouvant être annonciateurs de schizophrénie. L’objectif est de mieux comprendre les facteurs qui président à la transition vers la psychose. Les signes avant-coureurs dont il est ici question peuvent être un début d’isolement, un absentéisme scolaire, un malaise social, des émotions floues ou contradictoires, des angoisses... Après ces symptômes non spécifiques, des symptômes atténués ou fugaces apparaissent. Les personnes répondant à certains de ces critères cliniques ont une probabilité d’environ 1/3 de faire une transition psychotique dans les deux ans.
Cette identification précoce reste périlleuse. Les critères cliniques dont disposent les médecins sont peu spécifiques, et pas toujours fiables. Des marqueurs génétiques ou moléculaires complémentaires seraient nécessaires. Mais à ce jour, aucun n’a été identifié. Et la grande hétérogénéité des symptômes que présentent les patients complique cette quête : il est difficile d’établir des profils de patients cohérents, permettant l’étude d’un éventuel arrière-plan génétique commun. En outre, cette hétérogénéité suggère qu’il existe non pas une forme de schizophrénie mais plusieurs, avec leurs caractéristiques cliniques et biologiques propres. Ces différentes formes nécessitent peut être des prises en charge médicales particulières et personnalisées. Elles doivent d’abord être classifiées pour qu’on puisse les identifier clairement. Des études de cohortes sont nécessaires pour progresser dans cette voie, incluant en particulier des personnes âgées de 15 à 25 ans, période de vulnérabilité à certains facteurs de risque environnementaux, période critique pour l’apparition de la maladie et période déterminante pour le pronostic à moyen terme.

En attendant, l’orientation rapide des jeunes en rupture scolaire ou sociale vers des consultations spécialisées est pertinente : elle permet une évaluation précise et multidisciplinaire de la situation. Le cas échéant, elle permet aussi de tenter d’enrayer la dérive, et de prévenir le risque d’une possible transition vers une schizophrénie chez les sujets apparemment vulnérables.

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L'IMPACT DES NEUROSCIENCES SUR LES THÉRAPIES

Les neurosciences sont à l'origine de beaucoup d'espoirs et de fantasmes. Grâce à quelques exemples on peut démythifier ce qui est présenté dans les journaux, ce que tout le monde pense, les attentes des patients…Une vision plus réaliste sera présentée grâce à une connaissance du système nerveux, des ses troubles, de quelques modes exploratoires ainsi que des possibilités de traitements.

Transcription de la 526 e conférence de l'Université de tous les savoirs donnée le 23 janvier 2004
Yves Agid « L'impact des neurosciences sur les thérapies »
L'Europe comporte 400 millions d'individus, dont 17 % ont plus de 65 ans, et représente la population la plus touchée par les maladies neurodégénératives, telles que les maladies de Parkinson ou d'Alzheimer. Il existe beaucoup d'autres pathologies neurologiques, telles que les accidents vasculaires cérébraux (AVC), l'épilepsie ou la sclérose en plaque. Ces maladies posent des problèmes de santé publique, mais aussi des problèmes socio-économiques. La maladie d'Alzheimer, qui concerne cinq millions de personnes en Europe, entraîne une dépendance totale trois à cinq ans après le début de la maladie et un coût d'environ 80 milliards d'euros par an. Au total, ces maladies neurologiques sont fréquentes, et coûtent plus de 300 milliards d'euros par an à la communauté européenne, ce qui peut paraître énorme, mais qui représente cependant moins que le coût des problèmes psychiatriques. Des dizaines de millions de personnes endurent des dépressions, des angoisses, 4 millions souffrent de psychoses (schizophrénie, délires,...). Les traumatisés de la route représentent quant à eux 1,7 million de nouveaux patients chaque année en Europe. Que peut faire la médecine pour soulager tous ces patients sur le plan neurologique ?
La première chose que le médecin apporte à son patient tient à la relation particulière qu'ils entretiennent ensemble. Tout bon médecin est un psychothérapeute qui s'ignore. Si la psychiatrie, la psychologie ou la neuropsychologie, sont des sciences très importantes dans la vie courante, elles le sont encore plus en médecine. Il y a d'ailleurs une analogie entre la psychothérapie et l'effet placebo (du latin je plairai). Cet effet existe dans tout médicament. Le placebo est une substance inerte administrée pour son effet psychologique. Il n'a, de manière remarquable, d'effet que lorsque le patient et le médecin ont une confiance parfaite dans son action. On dit que 40 % des médicaments prescrits dans en France sont d'ailleurs des placebo. Une expérience très classique illustre cet effet. Des étudiants en médecine reçoivent un comprimé parmi deux, l'un présenté comme sédatif et l'autre comme stimulant, mais ne contenant en réalité qu'une substance inactive. Plus des deux tiers des étudiants ayant reçu le « sédatif » ont déclaré avoir sommeil, et ceux ayant pris deux comprimés avaient plus envie de dormir que ceux qui n'en avaient pris qu'un. Un tiers de l'ensemble du groupe a signalé des effets secondaires, tels des maux de têtes, un picotement des extrémités, ou une démarche titubante. Trois étudiants seulement sur 56 n'ont ressenti aucun effet ! Cela prouve que l'acte médical, le fait de donner un médicament, n'a de sens que dans un contexte médecin/malade, ce que les médecins, parfois débordés, mais aussi les patients, ont tendance à oublier. Une relation médecin/patient de qualité est une chose absolument fondamentale.

Il y a encore une trentaine d'années, le cerveau était vu comme une boite noire, dans laquelle personne ne pouvait ni ne voulait regarder. Nous verrons que le cerveau est en effet une structure extraordinairement complexe. On commence cependant aujourd'hui à comprendre ce qui se passe dans un cerveau, normal ou anormal. Cette connaissance pourrait nous permettre d'agir de manière sélective sur les dysfonctionnements du cerveau malade.
Le cerveau humain pèse en moyenne 1350 g (celui de Lord Byron pesait 2,3 kg, et celui d'Anatole France, supposément le plus grand QI ayant jamais existé avec Voltaire, 900 g). Le cerveau est formé de deux hémisphères, chacun divisé par convention en quatre lobes, qui tirent leur nom des os du crâne qu'ils recouvrent : les lobes frontal, pariétal, temporal et occipital. Le cerveau humain est constitué de 100 milliards de cellules nerveuses. Chaque neurone présente des branches (des axones et des dendrites) qui ont chacune à leur extrémité des petites spicules sur laquelle sont établis en moyenne 10 000 contacts avec les cellules voisines. Le cerveau est donc un véritable réticulum. Chaque cellule nerveuse émet environ 1000 signaux par seconde. Par conséquent 1018 signaux sont véhiculés dans le cerveau chaque seconde, soit un milliard de milliard de signaux ! Vu de l'intérieur, le cerveau se présente comme une couche de cellules périphériques (le cortex cérébral) d'où des faisceaux de cellules nerveuses envoient des prolongements (projettent) vers les structures profondes du cerveau, que l'on appelle les noyaux gris centraux, ou les ganglions de la base. Différentes zones fonctionnelles ont été identifiées dans le cerveau : celle qui permet d'accomplir un acte moteur, la partie associative qui sous tend la fonction intellectuelle et le cortex dit limbique, qui contrôle les émotions. Chaque zone projette de manière spécifique vers la zone correspondante dans les structures profondes. Ces régions ne sont cependant pas cloisonnées : comment expliquer une fonction aussi extraordinaire que l'émotion déclenchée en voyant un tableau de Botticelli ?
Une cellule nerveuse peut mesurer un mètre de long : c'est le cas de cellules dont le noyau se trouvent dans la moelle, et l'extrémité de l'axone dans un orteil par exemple. Dans le cerveau, un neurone se trouvant dans une structure et projetant dans une autre émet aussi au cours de son trajet d'autres prolongements vers d'autres structures. Ce n'est pas un vecteur qui transmet une seule information à une cible unique : il reçoit des milliers d'afférences, et distribue son information électrique à une multitude d'endroits différents. L'arborescence des prolongements des neurones est d'une grande complexité, et les lois qui régissent l'établissement de ces réseaux ne sont pas encore parfaitement comprises. Les extrémités des prolongements des neurones contactent d'autres cellules nerveuses et présentent un métabolisme cellulaire extrêmement compliqué : des milliers ou dizaines de milliers de voies de transduction de signaux différentes, des récepteurs par milliers modulé par des neuromédiateurs. La vision que nous avons de ces mécanismes n'est encore que fragmentaire.
Il réside donc un hiatus entre la connaissance que nous avons du cerveau dans son ensemble et au niveau cellulaire alors que tout est relié physiologiquement. Si on veut imaginer des traitements futurs pour le malade, il faut comprendre comment il fonctionne, c'est à dire quelles sont les lois physiologiques qui vont permettre à l'information d'être émise et reçue. Comment des paroles, lorsqu'elles arrivent au cerveau, sont-elles intégrées, mémorisées, et provoquent-elles une réponse, que nous en ayons conscience ou non ? Les bases cellulaires de la mémoire, du langage et du subconscient commencent à être décortiquées et nous allons notamment voir des exemples illustrant notre compréhension de mécanismes contrôlant des phénomènes d'une part moteurs et d'autre part psychologiques.

Que se passe-t-il dans notre cerveau lorsque l'on bouge le pouce ? Il faut avoir l'idée de le faire, sélectionner le programme moteur (qui implique en fait tous les muscles de l'organisme car lorsque le bras est levé, le corps entier est mobilisé, ce qui est fait de manière subconsciente), le préparer à partir et exécuter le mouvement. C'est donc un problème sensori-moteur très cognitif. La neuro-imagerie, notamment l'IRM, permet de commencer à élucider ces étapes, en repérant les zones activées par une action. Les ganglions de la base s'allument ainsi lors de la préparation du mouvement. Lors de l'exécution, d'autres zones sont activées, et les ganglions de la base s'éteignent. Tout se passe très rapidement : 30 ms sont nécessaires pour qu'un signal aille de la moelle au pouce. Même si les échelles de temps sont beaucoup plus grandes que dans le domaine informatique (0,0003 ms pour la transmission d'un signal), l'homme parle et pense très vite.
Si un mouvement comme celui-ci est contrôlé, il peut aussi arriver que des pathologies entraînent des mouvements involontaires : les dyskinésies. Si tous les circuits qui permettent de réaliser ce mouvement sont connus, il doit être possible d'agir sur l'étape qui fonctionne mal. Dans certains cas les médicaments peuvent supprimer des symptômes, mais un médicament prescrit pour une petite défaillance à un endroit donné du cerveau diffuse dans tout le cerveau, ce qui provoque des effets secondaires. Un patient atteint de la maladie de Parkinson est gêné dans ses déplacements, il est très lent. Lorsqu'il est traité par de la dopamine, l'absence de mouvement fait place à la frénésie, l'hyperkinésie. Pour éviter ces complications, il est aussi possible d'aller directement à l'endroit défectueux. Pour ce faire, des électrodes stimulantes reliées à une pile, un pacemaker placé sous la clavicule, sont implantées dans une structure très profonde du cerveau, large de quelques millimètres (le noyau subthalamique). Le traitement de malades de Parkinson par cette technique pointue leur a permis de retrouver des mouvements normaux. Malheureusement cette technique ne permet de soulager que 5 % des cas de maladie de Parkinson, mais elle représente un énorme progrès scientifique : grâce à la connaissance parfaite de la physiopathologie, c'est-à-dire des bases neuronales des circuits altérés, et de ce pourquoi ils sont non fonctionnels, la vie de patients a été transformée.
La connaissance avance aussi dans le domaine du traitement par le cerveau des mécanismes émotionnels, notamment grâce à l'étude de patients présentant des pathologies atypiques. Prenons l'exemple d'un homme de 45 ans, opéré à deux reprises pour une grosse tumeur du cerveau. Quelques temps après l'opération, ce patient a commencé à collectionner les télévisions dans sa cave, sa chambre, sa salle de bain et jusque dans les tuyaux d'aération de son appartement. Cet homme était pourtant normal, malgré une légère apathie : son QI était tout à fait usuel et il vivait en famille. L'IRM a en fait montré une lésion très limitée des deux cotés du cortex limbique, dans une zone jouxtant l'ancienne place de la tumeur, expliquant ainsi ses troubles psychiques. Il existe des malades psychiatriques qui ont des lésions organiques du cerveau.

Ces cinq dernières années de nombreuses études non pathologiques ont été menées. Des patients sains sont placés dans des situations provoquant une émotion simple, et une IRM est réalisée pour observer les zones du cerveau qui s'activent. Lors d'une expérience, les témoins sont confrontés à deux photos d'une personne attrayante, la seule différence entre les deux images étant le fait que le sujet de l'image semble regarder le témoin ou non. Cela provoque donc une émotion élémentaire. Les régions du cerveau allumées dans le premier et le second cas sont soustraites. La seule zone activée uniquement dans le second cas est une petite structure se trouvant avec d'autres à la base du cerveau, l'ensemble contrôlant les émotions : le striatum ventral. Ces structures existent aussi chez les reptiles, et jouent un rôle dans les activités automatiques motrices, psychiques, et intellectuelles. De la même manière qu'il existe des structures nous permettant d'avoir une activité motrice inconsciente (on peut parler tout en conduisant), nous avons un inconscient psychique. Il est intéressant de noter que ces structures très anciennes s'activent pour une émotion aussi subtile.
De la même façon, des expériences ont été menées sur des singes avec une électrode implantée dans une unique cellule du cortex préfrontal. Ces singes apprennent à réaliser une action pour recevoir une récompense. L'enregistrement du neurone permet d'évaluer si ce neurone est actif ou non. Si la tâche est complexifiée et oblige le singe à effectuer un raisonnement abstrait, cette cellule nerveuse s'active de manière spécifique. Ce neurone encode donc des règles abstraites. La compréhension du cerveau dans ses grandes fonctions commence aussi à se faire à l'échelle cellulaire.
Une cartographie assez précise des circuits de cellules nerveuses activés et des fonctions aussi complexes que ce que l'on vient de décrire peut ainsi être réalisée. C'est très simplificateur dans la mesure où l'allumage de ces structures ne signifie pas forcément qu'elles sont un centre intégrateur.

Les malades présentant des désordres psychologiques dramatiques sont pour le moment traités avec des médicaments (anti-dépresseurs, anxiolytiques, neuroleptiques) mais cela représente une véritable camisole chimique. Chez des patients présentant un dysfonctionnement de l'attraction ou de la récompense (comme chez les toxicomanes, les pédophiles), on peut imaginer repérer les circuits de cellules participant à ces grandes fonctions intellectuelles et ici émotionnelles, affectives, pour trouver un médicament avec une action très sélective sur le circuit cérébral défectueux. Sans revenir au désastre de la psychochirurgie, on pourrait transposer ce qui a été fait sur les malades de Parkinson, c'est-à-dire l'utilisation d'une technique réversible, qui ne donne pas d'effet secondaire et qui est adaptable. Le développement d'une neurochirurgie du comportement, qui est actuellement du domaine de la recherche, peut se concevoir, dans des cas d'extrêmes sévérités et dans des conditions éthiques et juridiques réglementées. Il pourrait être possible par exemple de modifier de manière sélective des circuits de neurones pour soulager les patients.

Quelles disciplines sont mises en Suvre pour soulager les patients ? La neurophysiologie permet de comprendre le fonctionnement ou le dysfonctionnement des réseaux nerveux. Des préparations in vitro, des tranches de cerveau contenant quelques millions de neurones constituent des modèles simplificateurs. Des techniques très performantes sont mises en Suvre pour comprendre, par exemple, le phénomène épileptique et trouver des médicaments. Il faut cependant tenir compte du fait que les réseaux de neurones ne sont pas rigides comme un câblage informatique, mais peuvent se reconfigurer. Ce sont des assemblages plastiques, où les cellules repoussent et établissent de nouveaux contacts, contrairement à ce que l'on croyait dans le temps. Chaque cellule a de plus une mémoire personnelle. Il faut tirer profit de toutes ces propriétés pour essayer de soulager les malades avec des thérapeutiques adaptées pour chacune des cellules. D'autres disciplines telles que les neurosciences cognitives, la robotisation, l'informatique, la modélisation, la psychologie, l'anthropologie, la sociologie, la neuropsychologie et bien d'autres ont énormément à apporter au patient, et c'est un drame qu'existe un tel hiatus entre la faculté des lettres et celle des sciences. Des programmes de recherche en commun sont nécessaires. Les neurosciences cognitives tirent profit de l'avantage de l'homme par rapport aux modèles cellulaires ou animaux, du fait qu'il peut s'exprimer, ce qui procure des informations précieuses sur le vécu des individus et leur souffrance. La neuro-imagerie permet en outre de mesurer le volume du cerveau de certaines structures, leur fonction, d'étudier leur anatomie, voire leur chimie par spectro-IRM. La sémiologie (l'étude des signes cliniques de la maladie) est une science moins connue, mais apporte énormément, et permet de faire des diagnostics et de trouver des thérapeutiques originales.
Nous venons de montrer comment progresse notre compréhension du fonctionnement du cerveau à l'échelle des comportements, de son organisation et de son anatomie. Dans quelle mesure cela permet-il de trouver des médicaments ou des thérapies pour soulager les symptômes des malades, guérir, prévenir ou réparer ?
A l'heure actuelle, des vaccins, préviennent certaines maladies mais pas celles du cerveau. Les seuls outils disponibles pour guérir les maladies sont les antibiotiques. En outre, la chirurgie permet de réparer les fractures, et de retirer les tumeurs. Néanmoins, la médecine actuelle ne sait arrêter l'évolution ni du diabète, ni de l'arthérosclérose, ni d'aucune maladie neurodégénérative, même s'il est possible de soulager certains symptômes.
La neurodégenérescence est le résultat de deux phénomènes : une mort cellulaire d'une part sélective (des neurones dopaminergiques dans le cas de la maladie de Parkinson) et d'autre part lente, mais plus rapide que le viellissement normal d'une cellule. Une cellule peut mourir de deux manières : quand un tissu est brûlé, ou quand un abcès se forme, les cellules qui le composent meurent par nécrose, mais, dans les cas naturels, la cellule se suicide pour mourir, elle entre en apoptose. La plupart de nos neurones vivent toute notre vie, les cellules nerveuses ne meurent que très peu. Cependant leurs capacités diminuent. Dans la substance noire des patients atteints de Parkinson se trouvent trois types de neurones : des neurones sains vieillissants, quelques neurones en apoptose qui meurent en quelques jours et surtout des neurones malades, en état d'affaiblissement pathologique, qui meurent en quelques mois. En tant que pharmacologue, quel mécanisme analyser pour combattre pour arrêter l'évolution de la maladie ? Le vieillissement normal, l'apoptose, la mort pathologique ? Un grand nombre d'équipes travaillent sur l'apoptose, qui ne concerne pourtant qu'une petite partie de la mort cellulaire dans cette maladie.

La biologie moléculaire à notre disposition permet d'identifier et de comprendre le rôle des gènes qui codent les protéines, à la base de la vie cellulaire, et de leurs mutations. L'avancement actuel des connaissances montre cependant que le même gène peut être responsable de différentes maladies, et une même pathologie peut être causée par différents gènes. Il existe par exemple une maladie génétique dominante pour laquelle plus de quarante gènes ont été mis en cause. Il a été identifié une protéine (une ligase du protéasome) impliquée dans la nécessaire dégradation des protéines de la cellule qui est absente dans l'une des multiples formes de la maladie Parkinson. Néanmoins cette découverte ne permet pas de prévoir dans quel délai il sera possible de guérir la maladie. La compréhension d'une mutation et l'identification de la protéine anormale permettent d'attaquer la maladie sur un point précis mais chaque protéine a de multiples partenaires, ce qui rend la recherche encore plus difficile.

La biologie cellulaire envisage de modifier de manière spécifique le comportement de certaines cellules. Cependant les cellules malades ne représentent qu'une fraction de l'ensemble de l'organisme, et il est difficile de trouver des animaux mimant exactement les pathologies. Dans le cas de la maladie de Parkinson, les patients sont par exemple traités avec de la dopamine, ce qui permet de rétablir la transmission dopaminergique des cellules atteintes. D'autres médicaments comme les anxiolytiques ou les neuroleptiques modifient de manière connue le fonctionnement de certains neurones assez spécifiquement. Des thérapies utilisant des facteurs trophiques sont à l'étude. Ces substances produites naturellement au cours du développement du système nerveux favorisent la repousse neuronale.
La thérapie génique a pour objectif de travailler directement au niveau des gènes. L'idée est de remplacer le gène défectueux, in ou ex vivo. Dans le premier cas, l'objectif est de greffer le gène normal sur un vecteur particulier introduit dans le cerveau pour que l'échange de gènes se produise. Dans le second cas, il s'agit de modifier des cellules en culture et de les greffer par la suite. La thérapie cellulaire est envisagée de la même manière, dans l'optique de greffer de nouvelles cellules. L'ARN interférent a pour but d'agir sur l'intermédiaire entre le gène et la protéine

Ces concepts sont très intéressants sur le plan théorique, mais le cerveau est contrairement à beaucoup d'autres organes composé de tant de cellules différentes, dont on connaît mal les interactions, qu'il est chimérique de vouloir passer trop vite de la boite de Petri à l'homme.
La recherche scientifique doit concilier beaucoup d'impératifs à commencer par assurer une synergie entre des recherches cognitives et appliquées. La société a besoin, entre autre, de recherche finalisée, et il faut en même temps assurer la liberté de créer et la rentabilité industrielle. C'est le défi de l'interaction entre recherche fondamentale et recherche clinique. La recherche en neurosciences pose en outre des problèmes particuliers. Toutes ces études sont chères, et cela soulève des questions morales à l'échelle mondiale lorsque l'on sait que la tuberculose, le paludisme et le sida tuent par millions dans les pays en voie de développement. Dans les pays développés, les associations contre les maladies rares sont très puissantes, et trouvent beaucoup d'argent sur des sujets très spécifiques. Ainsi le budget de fonctionnement du Téléthon est supérieur à celui de l'INSERM ! Pour finir, la recherche sur le cerveau pose naturellement des problèmes éthiques considérables.

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Nouveau succès de thérapie génique dans la bêta-thalassémie

COMMUNIQUÉ | 19 AVRIL 2018 - 15H35 | PAR INSERM (SALLE DE PRESSE)

GÉNÉTIQUE, GÉNOMIQUE ET BIO-INFORMATIQUE | SANTÉ PUBLIQUE


Dans un article du New England Journal of Medicine paru le 19 avril, les résultats intermédiaires d’un essai clinique (HGB-205) conduit par la Pr. Marina Cavazzana et ses équipes à l’Hôpital Necker-Enfants malades AP-HP en collaboration avec l’Institut Imagine (AP-HP/Inserm/Université Paris Descartes) ainsi que ceux d’un essai multicentrique international (HGB-204) mené aux Etats-Unis, en Thaïlande et en Australie, montrent que la thérapie génique est efficace pour améliorer l’état de santé ou guérir les patients atteints de bêta-thalassémie. Ces deux essais cliniques ont utilisé le même vecteur thérapeutique « LentiGlobin », développé à l’université d’Harvard à Boston et au CEA de Fontenay-aux-Roses par le Pr. Philippe Leboulch, en collaboration avec la société américaine bluebird bio dont il est fondateur.
La Pr Marina Cavazzana, cheffe du département de biothérapie de l’Hôpital Necker-Enfants malades AP-HP, co-directrice de laboratoire du laboratoire Inserm de lymphohématopoïèse humaine à l’Institut Imagine, et son équipe ont traité des malades qui produisent désormais une hémoglobine thérapeutique en quantité suffisante pour arrêter le recours aux transfusions sanguines mensuelles.

Huit ans après la première thérapie génique dans cette maladie, réalisée par les Pr Cavazzana et Leboulch (Cavazzana et al. 2010), le vecteur lentiviral « LentiGlobin » de cette thérapie a été généré sous la direction du Pr. Leboulch des universités Paris-Sud et d’Harvard et ses collaborateurs, comme le Dr. Emmanuel Payen, au Commissariat à l’énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA) où le Pr Leboulch est Haut-Conseiller pour l’innovation médicale de la Direction de la Recherche Fondamentale du CEA et Directeur Scientifique Honoraire de l’Institut de recherches François Jacob. Ces essais sont promus par la société américaine bluebird bio, qui a été fondée par le Pr Leboulch à Boston. Cumulant 15 à 42 mois de suivi, les patients des deux essais ne présentent aucun effet adverse et ont repris leurs activités professionnelles ou scolaires.
Une jeune femme témoigne :

« J’ai bientôt 24 ans j’ai bénéficié d’une autogreffe il y a 4 ans. Grâce à ça aujourd’hui, je n’ai plus de transfusion mais surtout plus de Desféral, qui était mon traitement en forme de piqûre sous cutanée que je devais faire tous les jours afin de descendre ma ferritine. C’était assez compliqué, surtout mentalement car j’étais jeune et je ne me sentais pas comme les autres… Aujourd’hui je me sens mieux psychologiquement. Je ne prends qu’un traitement par voie orale qui est un antibiotique, car on m’avait enlevé la rate [endommagée par des dépôts de fer liés aux transfusions, ndlr] et un traitement hormonal. Je suis suivie à l’Hôpital L’Archet […] ainsi qu’à l’hôpital Necker par le Dr Cavazzana ainsi que le Dr Semeraro. Je vais à Paris tous les 6 mois à peu près, pour faire un bilan sur ma santé (un contrôle) mais tout va très bien. Je suis ravie, j’ai eu la chance d’avoir bénéficié de cette autogreffe et je la souhaite à toute personne malade. »

La bêta-thalassémie est l’une des maladies génétiques monogéniques les plus fréquentes. Elle est causée par plus de 200 mutations du gène de la bêta-globine (HBB) et touche près de 288 000 personnes dans le monde avec 60 000 nouveaux cas par an. Transmise selon un mode autosomique récessif, elle perturbe la production de la chaine bêta de l’hémoglobine, entraînant une anémie plus ou moins sévère. Dans sa forme majeure, la bêta-thalassémie nécessite des transfusions mensuelles, et un traitement contre l’effet délétère des dépôts de fer causés par ces transfusions. Celles-ci n’ont qu’un effet palliatif.
Le traitement curatif proposé à ces patients est en général une greffe allogénique de cellules de moelle osseuse, quand ils ne présentent pas un état clinique trop fragile et qu’ils ont un donneur compatible dans leur fratrie, ce qui n’est possible que dans environ 25% des cas. De plus, les taux de succès sont inégaux et les patients demeurent vulnérables aux infections dans les mois qui suivent la greffe et à la « maladie du greffon contre l’hôte »
Dans les essais HGB-204 et HGB-205 de phase 1-2, commencés en 2013, les chercheurs ont prélevé des cellules souches sanguines des patients. Ils les ont modifiées à l’aide du vecteur LentiGlobin BB305 pour leur apporter un gène sain substitutif, avant de les greffer aux patients préalablement conditionnés par un traitement myéloabatif.

Ces cellules souches thérapeutiques ont ainsi produit des globules rouges à l’hémoglobine saine en quantité satisfaisante. Selon les génotypes des patients, la thérapie génique les a libérés de toute transfusion (12 sur 13 patients avec un génotype non-bêta0/bêta0), ou a réduit leur volume de 73 % et diminué la fréquence des transfusions (3 des 9 patients avec un génotype bêta0/bêta0 ou deux copies de la mutation IVS1-110).

« Après la preuve de principe thérapeutique que nous avions obtenue chez un patient thalassémique et un patient drépanocytaire, ces essais multicentriques internationaux confirment la consistance et la magnitude de l’efficacité thérapeutique de notre vecteur chez de nombreux patients. Des essais cliniques de phase 3 sont maintenant en cours sur plusieurs continents avant d’effectuer la demande de mise sur le marché de ce médicament biologique» a déclaré le Pr. Leboulch.
«  La thérapie génique a de nouveau montré sa puissance thérapeutique, à condition que les expertises provenant  de différentes domaines soient réunies. A ce titre, je remercie l’ensemble des équipes soignantes de l’Hôpital Necker et  de l’AP-HP pour nous avoir fait bénéficier de cette expertise incontournable, clé du succès de ce traitement. Notre effort doit maintenant porter sur l’extension de cette approche à un grand nombre de patients » a souligné la Pr Cavazzana.

La vie de ces patients a déjà radicalement changé. Dans le cadre des essais HGB-204 et HGB-205, ils continueront à être suivis pendant 13 ans.
L’article « Gene Therapy in Patients with Transfusion-Dependent β-Thalassemia » est paru le 19 avril dans le New England Journal of Medicine.

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