Math can help uncover cancer's secrets | Irina Kareva

Traducteur: Morgane Quilfen Relecteur: Claire Ghyselen

I am a translator.

Je suis traductrice.

I translate from biology into mathematics

Je traduis de la biologie vers la mathématiques

and vice versa.

et vice versa.

I write mathematical models

J'écris des modèles mathématiques

which, in my case, are systems of differential equations,

qui sont des systèmes d'équations différentielles

to describe biological mechanisms,

pour décrire des mécanismes biologiques,

such as cell growth.

telles que la croissance cellulaire.

Essentially, it works like this.

Essentiellement, ceci fonctionne ainsi.

First, I identify the key elements

J'identifie d'abord les éléments clés

that I believe may be driving behavior over time

qui pourraient induire le comportement au fil du temps

of a particular mechanism.

d'un mécanisme en particulier.

Then, I formulate assumptions

Puis je formule des hypothèses

about how these elements interact with each other

quant à comment ces éléments interagissent entre eux

and with their environment.

et avec leur environnement.

It may look something like this.

Cela peut ressembler à ceci.

Then, I translate these assumptions into equations,

Puis je traduis ces hypothèses en équations,

which may look something like this.

ce qui peut ressemble à ceci.

Finally, I analyze my equations

Finalement, j'analyse mes équations

and translate the results back into the language of biology.

et je traduis les résultats dans le langage de la biologie.

A key aspect of mathematical modeling

Un aspect clé de la modélisation mathématique

is that we, as modelers, do not think about what things are;

est qu'en tant que modélisateurs,

nous ne pensons pas à ce que sont les choses,

we think about what they do.

nous pensons à ce qu'elles font.

We think about relationships between individuals,

Nous pensons aux relations entre les individus,

whether they be cells, animals or people,

que ce soient des cellules, des animaux ou des gens,

and how they interact with each other and with their environment.

et comment ils interagissent entre eux et avec leur environnement.

Let me give you an example.

Laissez-moi vous donner un exemple.

What do foxes and immune cells have in common?

Qu'est-ce que les renards et les cellules immunitaires ont en commun ?

They're both predators,

Ce sont tous deux des prédateurs,

except foxes feed on rabbits,

mais les renards se nourrissent de lapins,

and immune cells feed on invaders, such as cancer cells.

les cellules immunitaires d'envahisseurs telles que les cellules cancéreuses.

But from a mathematical point of view,

D'un point de vue mathématique,

a qualitatively same system of predator-prey type equations

un système qualitativement identique d'équations de type prédateur-proie

will describe interactions between foxes and rabbits

décrira les interactions entre les renards et les lapins

and cancer and immune cells.

et le cancer et les cellules immunitaires.

Predator-prey type systems have been studied extensively

Les systèmes de type prédateur-proie ont été étudiés

in scientific literature,

dans la littérature scientifique,

describing interactions of two populations,

décrivant les interactions de deux populations

where survival of one depends on consuming the other.

où la survie de l'une dépend de la consommation de l'autre.

And these same equations provide a framework

Ces mêmes équations fournissent un cadre

for understanding cancer-immune interactions,

pour comprendre les interactions cancer-immunologie

where cancer is the prey,

où la proie est le cancer

and the immune system is the predator.

et le système immunitaire le prédateur.

And the prey employs all sorts of tricks to prevent the predator from killing it,

La proie utilise toutes sortes de ruses pour empêcher le prédateur de la tuer,

ranging from camouflaging itself

allant du camouflage

to stealing the predator's food.

au vol de la nourriture du prédateur.

This can have some very interesting implications.

Cela peut avoir des implications très intéressantes.

For example, despite enormous successes in the field of immunotherapy,

Par exemple, malgré d'énormes réussites dans le domaine de l'immunothérapie,

there still remains somewhat limited efficacy

cela a encore une efficacité limitée

when it comes solid tumors.

quand il s'agit des tumeurs solides.

But if you think about it ecologically,

Mais d'un point de vue écologique,

both cancer and immune cells --

le cancer et les cellules immunitaires --

the prey and the predator --

la proie et le prédateur --

require nutrients such as glucose to survive.

ont besoins de nutriments comme le glucose pour survivre.

If cancer cells outcompete the immune cells for shared nutrients

Si le cancer bat les cellules immunitaires pour les nutriments communs

in the tumor microenvironment,

dans le micro-environnement tumoral,

then the immune cells will physically not be able to do their job.

alors les cellules immunitaires

ne pourront physiquement pas faire leur boulot.

This predator-prey-shared resource type model

Ce modèle de ressources communes au prédateur et à la proie

is something I've worked on in my own research.

est une chose sur laquelle j'ai travaillé.

And it was recently shown experimentally

Il a récemment été démontré expérimentalement

that restoring the metabolic balance in the tumor microenvironment --

que rétablir l'équilibre métabolique dans le micro-environnement tumoral --

that is, making sure immune cells get their food --

s'assurer que les cellules immunitaires aient à manger --

can give them, the predators, back their edge in fighting cancer, the prey.

peut rendre aux prédateurs leur avantage dans la lutte contre le cancer, la proie.

This means that if you abstract a bit,

En résumé, cela signifie

you can think about cancer itself as an ecosystem,

que si vous pouvez voir le cancer comme un écosystème

where heterogeneous populations of cells compete and cooperate

où des populations hétérogènes de cellules rivalisent et coopèrent

for space and nutrients,

pour de la place et des nutriments,

interact with predators -- the immune system --

interagissent avec des prédateurs -- le système immunitaire --

migrate -- metastases --

migrent -- les métastases --

all within the ecosystem of the human body.

tout cela dans l'écosystème du corps humain.

And what do we know about most ecosystems from conservation biology?

Que savons-nous des écosystèmes d'après la biologie de la conservation ?

That one of the best ways to extinguish species

Une des meilleures façons d'anéantir une espèce

is not to target them directly

n'est pas de la prendre pour cible directe

but to target their environment.

mais de prendre pour cible son environnement.

And so, once we have identified the key components

Alors une fois que nous avons identifié les composants clés

of the tumor environment,

de l'environnement tumoral,

we can propose hypotheses

nous pouvons proposer des hypothèses

and simulate scenarios and therapeutic interventions

et simuler des scénarios et des interventions thérapeutiques

all in a completely safe and affordable way

de façon sûre et à prix abordable

and target different components of the microenvironment

et prendre pour cible divers composants du micro-environnement

in such a way as to kill the cancer without harming the host,

afin de tuer le cancer sans nuire à l'hôte,

such as me or you.

tel que vous ou moi.

And so while the immediate goal of my research

Si l'objectif immédiat de ma recherche

is to advance research and innovation

est d'avancer la recherche et l'innovation

and to reduce its cost,

et d'en réduire le coût,

the real intent, of course, is to save lives.

le but réel est évidemment de sauver des vies.

And that's what I try to do

C'est ce que j'essaye de faire

through mathematical modeling applied to biology,

avec de la modélisation mathématique appliquée à la biologie

and in particular, to the development of drugs.

et, en particulier, au développement de médicaments.

It's a field that until relatively recently has remained somewhat marginal,

C'est un domaine qui, jusqu'à récemment, est demeuré plutôt marginal,

but it has matured.

mais il a évolué.

And there are now very well-developed mathematical methods,

Il y a maintenant des méthodes mathématiques bien développées,

a lot of preprogrammed tools,

beaucoup d'outils préprogrammés,

including free ones,

y compris des outils gratuits,

and an ever-increasing amount of computational power available to us.

et une puissance de calcul toujours plus importante à notre disposition.

The power and beauty of mathematical modeling

Le pouvoir et la beauté de la modélisation mathématique

lies in the fact that it makes you formalize,

réside dans le fait qu'elle vous fait formaliser

in a very rigorous way,

de façon rigoureuse

what we think we know.

ce que nous pensons savoir.

We make assumptions,

Nous faisons des hypothèses,

translate them into equations,

les traduisons en équations,

run simulations,

exécutons des simulations,

all to answer the question:

tout cela pour répondre à la question :

In a world where my assumptions are true,

dans un monde où mes hypothèses sont vraies,

what do I expect to see?

qu'est-ce que je m'attends à voir ?

It's a pretty simple conceptual framework.

C'est un cadre conceptuel assez simple.

It's all about asking the right questions.

Il s'agit de poser les bonnes questions.

But it can unleash numerous opportunities for testing biological hypotheses.

Mais il peut révéler de nombreuses opportunités

de test de nos hypothèses biologiques.

If our predictions match our observations,

Si nos prévisions correspondent à nos observations,

great! -- we got it right, so we can make further predictions

génial ! Nous avons raison, nous pouvoir faire d'autres prévisions

by changing this or that aspect of the model.

en changeant cet aspect-ci ou cet aspect-là du modèle.

If, however, our predictions do not match our observations,

Si, cependant, nos prévisions ne correspondent pas à nos observations,

that means that some of our assumptions are wrong,

certaines de nos hypothèses sont fausses

and so our understanding of the key mechanisms

et notre compréhension des mécanismes clés

of underlying biology

qui sous-tendent la biologie

is still incomplete.

est encore incomplète.

Luckily, since this is a model,

Heureusement, puisque c'est un modèle,

we control all the assumptions.

nous contrôlons toutes les hypothèses.

So we can go through them, one by one,

Nous pouvons les passer en revue, une à une,

identifying which one or ones are causing the discrepancy.

pour identifier laquelle ou lesquelles sont à l'origine de la divergence.

And then we can fill this newly identified gap in knowledge

Nous pouvons remplir cette lacune de savoir nouvellement identifiée

using both experimental and theoretical approaches.

en utilisant des approches expérimentales et théoriques.

Of course, any ecosystem is extremely complex,

Bien sûr, tout écosystème est extrêmement complexe

and trying to describe all the moving parts is not only very difficult,

et essayer de décrire tous les parties en mouvement est très difficile

but also not very informative.

mais aussi très informatif.

There's also the issue of timescales,

Il y a aussi le problème des durées

because some processes take place on a scale of seconds, some minutes,

car certains processus se réalisent sur une échelle en secondes, en minutes,

some days, months and years.

en jours, en mois ou en années.

It may not always be possible to separate those out experimentally.

Il n'est pas toujours possible de les séparer expérimentalement.

And some things happen so quickly or so slowly

Certaines choses se produisent si vite ou si lentement

that you may physically never be able to measure them.

que nous ne sommes jamais physiquement capables de les mesurer.

But as mathematicians,

Mais en tant que mathématiciens,

we have the power to zoom in on any subsystem in any timescale

nous avons le pouvoir de nous concentrer

sur n'importe quel système et n'importe quelle durée

and simulate effects of interventions

et de simuler les effets d'interventions

that take place in any timescale.

qui ont lieu sur n'importe quelle durée.

Of course, this isn't the work of a modeler alone.

Bien sûr, ce n'est pas le travail d'un seul modélisateur.

It has to happen in close collaboration with biologists.

Cela doit arriver en étroite collaboration avec des biologistes.

And it does demand some capacity of translation

Cela requiert une capacité de traduction

on both sides.

des deux côtés.

But starting with a theoretical formulation of a problem

Mais démarrer avec une formulation théorique d'un problème

can unleash numerous opportunities for testing hypotheses

peut révéler de nombreuses opportunités de test des hypothèses,

and simulating scenarios and therapeutic interventions,

de simulations de scénarios et d'interventions thérapeutiques

all in a completely safe way.

de façon entièrement sûre.

It can identify gaps in knowledge and logical inconsistencies

Cela peut identifier des lacunes de savoir et des incohérences logiques

and can help guide us as to where we should keep looking

et nous guider vers ce que nous devrions continuer à explorer

and where there may be a dead end.

et ce qui pourrait être une impasse.

In other words:

En d'autres mots :

mathematical modeling can help us answer questions

la modélisation mathématique peut nous aider à répondre à des questions

that directly affect people's health --

qui affectent directement la santé des gens --

that affect each person's health, actually --

la santé de chaque personne --

because mathematical modeling will be key

car la modélisation mathématique sera la clé

to propelling personalized medicine.

d'une médecine personnalisée.

And it all comes down to asking the right question

Tout cela repose sur le fait de poser la bonne question

and translating it to the right equation ...

et de la traduire en la bonne équation ...

and back.

et inversement.

Thank you.

Merci.

(Applause)

(Applaudissements)