Simulation action de médicaments chimiothérapiques

SIMULATION GRAPHIQUE DE L’ACTION DES MÉDICAMENTS CHIMIOTHÉRAPIQUES SUR LES DIFFÉRENTS TYPES DE CELLULES CANCÉREUSES DANS UNE TUMEUR GÉNÉRALISÉE

Présenté à
Stéphane Houle
Cours d’activité C

Collège Jean-de-Brébeuf
Département de physique

Résumé français

Quoiqu’elle soit essentielle à la vie, la multiplication cellulaire peut s’altérer et former une masse cancéreuse, appelée tumeur. Cette pathologie peut être contrôlée avec la chimiothérapie, un traitement par agents chimiques attaquant les cellules cancéreuses. Toutefois, les cellules malades peuvent développer une résistance aux substances chimiothérapiques, ce qui complexifie le traitement, surtout dans les pays moins développés. À partir des formules étudiées par Mitra Shojania Feizabadi et Tarynn M. Witten, il est possible de modéliser l’évolution de la population annuaire cellulaire au sein d’une tumeur généralisée, pour un cancer non spécifique, en prenant en compte le type de cellule ciblé par la chimiothérapie. Par après, ces résultats graphiques sont comparés avec le logiciel NetBioDyn, illustrant des modèles mathématiques homologues. De plus, dans une tumeur, les cellules traitables ont la capacité de se transformer en cellules résistantes suite à l’application de la chimiothérapie, ou selon un facteur de mutation constant. Il est alors possible de simuler l’efficacité des médicaments administrés pour un individu présentant un facteur de mutation plus élevé, puis trouver un traitement universel. Pour répondre aux questions, cette recherche étoffée est formulée selon 37 sources fiables, repérées sur PubMed ou au sein d’organismes sanitaires, comme l’Organisation mondiale de la Santé. Ce projet, réalisé par un groupe de cégépiens experts, sert de recommandation aux oncologues, pour qu’ils puissent appliquer le meilleur traitement possible, à la lumière des nouvelles recherches. En considérant les causes d’erreurs, il est démontré que le traitement visant les cellules cancéreuses traitables et résistantes est la meilleure option, pour maximiser la quantité de cellules saines finales dans la tumeur. Le facteur de résistance prévient l’action médicamenteuse sur certaines cellules cancéreuses. La modification du génome grâce au complexe CRISPR/Cas9 permettrait de réparer les mutations géniques causant la résistance pour accroitre l’efficacité des médicaments chimiothérapeutiques.

Mots clés : chimiothérapie, cancer, résistance chimiothérapique, traitement cancer

296 mots

Abstract

Cellular proliferation is a never-ending cycle essential to life, however, if it is not controlled, it can result in the formation of cancerous mass, called a tumor. Chemotherapy, a treatment using chemical agents to attack cancerous cells, is currently the most popular method used to cure this disease. When exposed to chemotherapy, cancerous cells can either be treated or become resistant, making the disease more difficult to cure. By using the equations developed by Mitra Shojania Feizabadi and Tarynn M. Witten, it is possible to mimic the cellular evolution occurring in a tumor for a non-specific type of cancer, while taking into account the types of cancerous cells (resistant or treatable), to determine which treatment is most effective. These graphs are then compared with the results obtained using the application NetBioDyn, which presents similar mathematical formulas. This process of cell reproduction was evaluated over the course of one year. As well, treatable cells transform into resistant cells in a tumor, either as a reaction to the cancer treatment or according to a constant mutation factor. It is therefore possible to reproduce with a simulation the effects of certain medications on an individual presenting a higher mutation factor, to identify which treatment is most effective against cancer. In order to do so, this research paper is based on 37 reliable sources, such as PubMed and other organizations such as the World Health Organisation. This project, conducted by expert CEGEP students, can serve as a recommendation to oncologists in the future, in order to find the most effective cancer treatment. Considering all the possible sources of error, it was concluded that the administration of chemotherapy targeting both treatable and resistant cells is the best and most effective option with the objective of maximizing the number of healthy cells in the tumor at the end of the treatment. However, genome editing with CRISPR/Cas9 would allow for the cell DNA to be repaired, therefore increasing the effectiveness of the chemotherapy drug.

Key words: chemotherapy, cancer, chemotherapy resistance, cancer treatment

327 words

Table des matières

Résumé français        1

Abstract        2

Table des matières        i

Introduction        3

Faits généraux sur le cancer et ses répercussions à l’échelle mondiale        4

Données épidémiologiques pertinentes du cancer        4

Cause du cancer propre aux pays en développement        5

Comportement des cellules cancérigènes et impact sur l’organisme humain        7

Gènes responsables des néocaractéristiques chez les cellules cancéreuses        7

Les cellules cancérigènes résistantes        10

Immunité de l’organisme et résistivité des cellules cancérigènes        11

Propagation du cancer        14

Effets courants sur l’organisme humain        15

Fonctionnement et compréhension de base de la chimiothérapie        16

Types de chimiothérapies et fonctionnement général        16

L’importance du facteur de mutation        19

Présentation de la recherche        20

Méthodologie générale        20

Variables de l’expérience        22

Protocole de la méthode d’Euler        24

Protocole du logiciel NetBioDyn        26

Résultats Euler sous forme de tableaux pour le but primaire avec μ = 0,001 cellules-1        28

Résultats NetBioDyn sous forme de tableaux pour le but primaire avec μ = 0,001 cellules-1        32

Résultats Euler sous forme de tableaux pour le but primaire avec μ = 0,004 cellules-1        36

Résultats NetBioDyn sous forme de tableaux pour le but secondaire avec μ = 0,004 cellules-1        40

Analyse expérimentale        44

Courbes analysées        44

Analyse Euler        45

Comparaison des groupes témoins, les graphiques 2 et 10, Euler        45

Comparaison des graphiques présentant l’action chimiothérapeutique sur les cellules traitables, les graphiques 3 et 11, Euler        49

Comparaison des graphiques présentant l’action chimiothérapeutique sur les cellules résistantes, les graphiques 4 et 12, Euler        53

Comparaison des graphiques présentant l’action chimiothérapeutique sur les cellules traitables et résistantes, les graphiques 5 et 13, Euler        58

ANALYSE NETBIODYN        62

Comparaison des graphiques ne présentant aucune action chimiothérapeutique, Netbiodyn        62

Comparaison des graphiques présentant l’action chimiothérapeutique sur les cellules traitables, les graphiques 7 et 15, Netbiodyn        65

Comparaison des graphiques présentant l’action chimiothérapeutique sur les cellules résistantes, les graphiques 8 et 16, Netbiodyn        68

Comparaison des graphiques présentant l’action chimiothérapeutique sur les cellules traitables et résistantes, les graphiques 9 et 17, Netbiodyn        71

Comparaison de tous les graphiques, Netbiodyn        74

Analyse qualitative        75

Erreurs et amélioration de la méthode        77

La solution envisageable qu’est le CRISPR/Cas9        79

Conclusion        81

Médiagraphie        82

ANNEXES        87

Annexe I : Lexique lié aux tumeurs et au cancer        88

Annexe II : Aperçu de la variété possible des tumeurs, selon le tissu de l’organisme affecté        91

Annexe III : Démographie des diagnostics principaux des populations touchées et certaines causes du cancer propres aux régions données        92