Vitesse et précision en médecine de précision

Cet article poursuit notre série sur la biologie moléculaire, qui a commencé par une discussion sur l’informatique dans la R&D biopharmaceutique. Dans cet article, nous présenterons une vue d'ensemble des tendances intéressantes dans le domaine de la médecine de précision, en particulier en ce qui concerne les thérapies ciblées contre le cancer.

Médecine personnalisée ou médecine de précision : quelle est la différence ?

Bien que de nombreuses personnes utilisent « médecine de précision » et « médecine personnalisée » de manière interchangeable, ces termes ont techniquement des significations différentes. Dans un rapport publié par le Conseil national de la recherche du Canada en 2011, des inquiétudes ont été soulevées quant au fait que le mot « personnalisé » pourrait donner l'impression, à tort, que des traitements uniques sont créés pour chaque individu. S'il est vrai que de nombreuses nouvelles approches en matière de soins de santé prennent en compte l'expression allélique unique d'un individu, les protéines qui en résultent et d'autres substances présentes dans l'organisme, de nombreuses autorités préfèrent le terme de « médecine de précision » pour désigner ce domaine émergent.

Plutôt que de créer un plan entièrement personnalisé pour chaque personne, la médecine de précision classe les individus en sous-populations en fonction de leur susceptibilité à une maladie particulière ou de leur réponse à un traitement spécifique. Cette classification permet à un traitement donné d’être concentré sur ceux qui sont les plus susceptibles d’en bénéficier, épargnant ainsi des dépenses et des effets secondaires à ceux qui n’en bénéficieront pas.

Le séquençage génétique : une technique de laboratoire utilisée soit pour déterminer la composition génétique complète d’un organisme (connu sous le nom de séquençage du génome entier), soit pour identifier les détails d’un seul gène ciblé, ce qui a été le principal facteur à l’origine de l’émergence de la médecine de précision.

La méthode de séquençage traditionnelle de Sanger était une technique à faible débit nécessitant quatre étapes de réaction de séquençage distinctes, et bien qu’elle reste la base du séquençage du génome, elle présente des obstacles importants pour l’utilisation en médecine. La méthode Sanger est lente, ne peut traiter que des fragments uniques et courts à la fois et, en raison de ses multiples séquences de réaction, son coût tend à être prohibitif pour de nombreuses organisations.

Le séquençage de nouvelle génération (NGS) et le séquençage à haut débit (HTS) sont de nouvelles avancées technologiques qui utilisent la même méthodologie essentielle que le séquençage de Sanger, mais permettent également de séquencer rapidement des volumes d’échantillons beaucoup plus importants : jusqu’à des centaines de millions de molécules d’ADN en parallèle. Ces technologies permettent aux chercheurs de détecter des anomalies telles que celles causées par le cancer, même lorsque des variations potentiellement dangereuses se produisent à une faible fréquence dans les gènes.

Comme on peut s'y attendre, ces technologies offrent des avantages significatifs par rapport à l’approche « universelle » de la médecine traditionnelle. Bien que les techniques de précision soient encore relativement nouvelles, l’utilisation du profil génétique du patient pour guider le traitement s’avère déjà très prometteuse pour améliorer la précision et l'efficacité dans les soins de santé.

Mais le séquençage génétique en soi n’est pas l’objectif final. Il s’agit plutôt d’une technologie habilitante qui rend possible la médecine de précision et offre des possibilités thérapeutiques illimitées.

La promesse des « omiques »

Dans le premier article de cette série, nous avons mentionné un groupe émergent de disciplines biopharmaceutiques qui sont devenues collectivement connues sous le nom de « -omiques », puisque chacune se termine par le suffixe -omiques.

Chacun de ces domaines omiques se concentre sur l’identification, la mesure et l’étude d’un type spécifique de molécule au sein d’un système vivant. Individuellement, ces résultats étroits ne fournissent qu’un insight thérapeutique limité. Mais lorsqu’ils sont combinés, ils portent notre compréhension génétique à un niveau nettement supérieur. Cette approche pluridisciplinaire, parfois appelée « multi-omique », analyse le profil génétique d’un patient en combinaison avec une variété d’autres facteurs et fournit une image plus complète des liens entre la santé et la maladie.

Les stratégies basées sur les omiques comprennent :

• Génomique : l’étude du génome : les ensembles d’ADN qui composent les organismes, notamment comment ils évoluent et peuvent être modifiés.
• Épigénomique : l’étude des changements épigénétiques dans les cellules, qui sont les changements chimiques qui font que les gènes sont « activés » ou « désactivés » sans modifier la séquence ADN.
• Protéomique : l'analyse des protéines et des peptides, généralement effectuée à l’aide de divers instruments de spectrométrie de masse (MS).
• Transcriptomique : l’étude des molécules d’ARN. Un transcriptome est l’ensemble complet des transcrits d’ARN, une sorte de « carte » des modèles d’expression génique dans les cellules ou les tissus. Cela permet d'avoir un insight sur leurs états fonctionnels et peut éventuellement aider à déterminer pourquoi certaines maladies, notamment le cancer, se produisent.
• Métabolomique : profilage de fluides biologiques pour déterminer l’état actuel d’une cellule ou d’un organisme. Cela peut être fait presque instantanément à l’aide des technologies de spectrométrie de masse et de résonance magnétique nucléaire (NMR), et plus récemment à l’aide de techniques analytiques comme la spectrométrie de mobilité ionique (IMS).
• Phénomique : une branche de la science qui étudie la façon dont les gènes réagissent aux changements environnementaux, tels que les médicaments ou les substances toxiques, notamment comment nous nous adaptons et pourquoi nous sommes affectés par les maladies.

Les techniques modernes NGS et HTS sont essentielles à chacune de ces disciplines, et donc à l’évolution continue de la médecine de précision. La vitesse et la précision sont essentielles lorsque des vies sont en jeu, et les technologies ainsi que les plateformes qui soutiennent les laboratoires qui utilisent ces méthodes doivent être tout aussi robustes et flexibles.

Tirer parti des LIMS pour le séquençage de nouvelle génération

Le NGS est un processus en plusieurs étapes qui nécessite un mélange complexe de réactifs pour chaque échantillon. Elle commence par l’extraction d’un ou de plusieurs échantillons, à l’aide de diverses techniques, afin de s’assurer qu’ils fournissent aux chercheurs une quantité suffisante d’ADN ou d’ARN de haute qualité. Les chercheurs peuvent travailler à partir d’un seul échantillon ou traiter des dizaines d’échantillons à la fois.

La « bibliothèque » qui résulte de ces échantillons peut littéralement contenir des millions de fragments, qui doivent être préparés à l’avance pour produire un pool suffisamment grand de séquences, en ajoutant des adaptateurs qui permettront d’analyser les échantillons. De plus, les échantillons d’ARN doivent être convertis en ADNc avant le séquençage.

Une fois les échantillons extraits, purifiés (et dans le cas de l’ARN converti en ADNc) et associés aux bons adaptateurs de séquençage, la « bibliothèque » est prête à être séquencée.

Il est quantifié par PCR, étape nécessaire au séquençage, ce qui garantit la qualité et l'efficacité de la routine de séquençage qui en résulte. Le résultat final du processus de séquençage est que la bibliothèque est amplifiée en millions, voire en milliards de clusters qui sont individuellement « lus » et enregistrés. Les résultats sont ensuite analysés et validés à l’aide d’un logiciel spécialisé capable d’interpréter les grandes quantités de données générées.

Étant donné que le séquençage est maintenant utilisé pour diagnostiquer des patients ou pour établir des critères d’inclusion dans les études cliniques, l’importance de résultats précis ne peut être surestimée et va bien au-delà de ce qui serait suffisant pour une étude universitaire.

La technologie LIMS optimise considérablement ces processus, contribuant à garantir des résultats plus précis en fournissant des tests standardisés, en gérant les préparations de réactifs, en chargeant les contrôles et en utilisant des processus de gestion de la qualité pour garantir la validité des résultats.

Un LIMS est inestimable dans les flux de travail de séquençage génétique, non seulement en tant que plaque tournante centralisée pour les données, mais aussi en tant qu’outil de gestion capable d’automatiser certains flux de travail. Par exemple, un chercheur peut créer une disposition de plaque et l’envoyer à un instrument pour effectuer les différentes étapes du NGS. L’analyse de l’instrument peut ensuite être réinjectée automatiquement dans le LIMS avec une intervention minimale du technicien, ce qui permet d’obtenir une plus grande exactitude et une plus grande précision. Et les meilleurs LIMS contiennent également des outils analytiques avancés qui exploitent l’IA et le machine learning pour permettre à un chercheur ou à un clinicien de déterminer les probabilités de succès et d’échecs du traitement.

Le LIMS permet également de s'assurer que les contrôles et les normes de validation appropriés sont utilisés pour le test. De plus, le LIMS présente des avantages en dehors du laboratoire en définissant, organisant et diffusant les informations sur les patients liées aux échantillons testés, tout en garantissant la confidentialité des patients à l’aide de protocoles de transmission conformes aux normes de niveau de santé 7 (HL7).

L’avantage LabVantage

Dans un monde où la médecine traditionnelle cède la place à des diagnostics de précision, une application basée sur le flux de travail comme LabVantage LIMS peut aider les techniciens et les cliniciens en garantissant la rapidité, la cohérence, l’exactitude et la précision des informations qu’ils utilisent pour diagnostiquer et traiter.

LabVantage propose plusieurs flux de travail prêts à l’emploi, conçus spécifiquement pour une grande variété de processus de diagnostic liées à NGS et aux omiques. Ceux-ci vont des flux de travail COVID-19 aux processus compatibles avec les principales entreprises NGS, notamment Illumina, Qiagen, Agilent et d’autres. Cette collection robuste comprend des flux de travail pour l’extraction d’acides nucléiques, la quantification, la normalisation, la préparation de banques et l’analyse de fragments pour des technologies telles que le séquençage du génome entier, le séquençage de tumeurs solides, la mutation ciblée Myeloid 54, PyroMark Q96, les flux de travail de réarrangement de gènes, BCR-ABL, les flux de travail Luminex, MiSeq, NextSeq, etc.

De plus, LabVantage fournit un planificateur de patient intégré et est livré avec un composant d’interface HL7 prêt à l’emploi. Cela optimise les interactions avec les patients et facilite l'implémentation du logiciel dans les paramètres de diagnostic clinique.

Apprenez-en plus sur le LIMS prépackagé de LabVantage pour les diagnostics moléculaires et cliniques, ou contactez-nous dès maintenant pour discuter de vos besoins en matière de médecine de précision.