La modélisation mathématique construit le futur de l’imagerie médicale moléculaire
La future start-up issue des recherches dans le cadre du projet de prématuration QUANTIM vise à proposer un logiciel facile d’utilisation pour rapidement démocratiser à l’échelle mondiale l’accès aux images TEP de demain. Dans ce cadre, QUANTIM utilise des modèles mathématiques et des méthodes numériques très optimisés afin de générer rapidement des images corps entier des composés traceurs utilisés en imagerie moléculaire (perfusion, activité enzymatique, métabolisme énergétique etc…). Ce projet fait partie des lauréats 2022 du programme RISE du CNRS.
Si la médecine de précision requiert des données de plus en plus riches de sens, les logiciels de traitement et d’analyse d’image actuels ne permettent pas d’anticiper les besoins de ce marché émergent à forte prospective. A l’heure actuelle, les informations exploitées en imagerie moléculaire par tomographie à émission de positons (TEP) restent simplistes et sous-exploitent les capacités de modélisation historiques de ces outils d’imagerie.
Face à ce constat, le docteur Florent Besson, Maître de conférences des universités au laboratoire BioMaps1 et praticien hospitalier en médecine nucléaire à l’AP-HP2 et Sylvain Faure, docteur en mathématique et ingénieur de recherche CNRS au LMO3 , vont créer la start-up QUANTIM, lauréate de l’appel à projets 2022 du programme RISE, grâce à l’accompagnement de CNRS Innovation en phase de prématuration. RISE est un programme du CNRS proposant à une quinzaine de start-ups lauréates de l’appel à projet un accompagnement sur mesure d’un an, ainsi qu’une inclusion dans le réseau d’experts et de partenaires de CNRS Innovation pour structurer et développer leur projet.
A l’interface de l’imagerie médicale et de la modélisation mathématique, QUANTIM développe des méthodes et outils permettant de modéliser la pharmacocinétique des radiotraceurs, c’est-à-dire la façon dont ils évoluent dans l’organisme, utilisés en imagerie TEP. Leur logiciel se base sur des modèles mathématiques historiques validés en biophysique médicale. Cependant, pour obtenir les propriétés pharmacocinétiques des radiotraceurs dans l’organisme, il est nécessaire d’établir une correspondance entre les données mesurées au cours du temps lors de l’acquisition TEP et les modèles mathématiques en question.
Des paramètres optimisés pour l’analyse d’images
« C’est là que les mathématiques entrent en jeu, explique Sylvain Faure. L’identification des paramètres des modèles signifie l’ajustement des simulations numériques aux informations mesurées, ici les images TEP, au cours du temps. Le choix des méthodes numériques est crucial si l’on veut obtenir un traitement robuste et rapide. » Le logiciel développé est ainsi en mesure de générer une nouvelle image pour chaque paramètre biologique présent dans le modèle.
« C’est un peu un retour aux fondamentaux de l’imagerie TEP ! détaille le docteur Florent Besson. L’imagerie moléculaire TEP est une technique développée dans les années 70, commercialisée depuis la fin des années 90, dont la très haute sensibilité de détection permet de suivre dans le temps de manière extrêmement précise le devenir de molécules au sein des cellules de l’organisme. Ce qui fait défaut pour l’instant, ce sont les techniques d’analyse des images. » En effet, cette approche « pharmacocinétique » en imagerie moléculaire TEP reste historiquement restreinte au monde de la recherche, du fait d’implémentations et de temps de calculs inadaptés à l’usage courant.
QUANTIM est actuellement en train de lever ce verrou technologique, avec pour objectif d’optimiser suffisamment le logiciel pour qu’il soit capable de traiter quelques 20 millions de voxels en quelques minutes, divisant ainsi par au moins 1000 le temps de calcul actuellement requis. Le logiciel permettra in fine de répondre aux besoins émergents en imagerie moléculaire TEP, tant en pratique (médecine de précision) que pour la recherche et le développement de molécules thérapeutiques futures. La future start-up doit donc permettre un transfert accéléré de méthodes de pointes à fort potentiel pour la pratique clinique et l’industrie pharmaceutique en imagerie TEP.