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L'immunothérapie reprogramme le système immunitaire du patient afin qu'il reconnaisse et détruise les cellules tumorales. Les principales modalités sont : les inhibiteurs de point de contrôle immunitaire (anti-PD-1, anti-PD-L1, anti-CTLA-4), la thérapie cellulaire CAR-T (lymphocytes T du patient modifiés pour exprimer un récepteur chimérique spécifique de la tumeur) et les cytokines. Contrairement à la chimiothérapie, limmunothérapie peut générer des réponses durables (des années) car elle active la mémoire immunologique.

Les cellules CAR-T se développent de façon exponentielle après la perfusion lorsqu'elles rencontrent des cellules tumorales qui expriment l'antigène cible (CD19 dans les lymphomes B, BCMA dans le myélome). La dynamique suit un modèle Lotka-Volterra : les CAR-T (prédateur) se dilatent en fonction de l'abondance de la tumeur (proie) et détruisent les cellules tumorales avec une cinétique saturée. Le contrôle de la tumeur nécessite k_kill × T_CAR > r (taux de prolifération tumorale) : si les CAR-T n'atteignent pas un nombre critique, la tumeur peut s'échapper.

Le syndrome de libération des cytokines (SRC) est la toxicité la plus sévère de la thérapie CAR-T : l'activation massive des macrophages et du CAR-T produit une tempête d'IL-6, IL-1, IFN- forte fièvre, hypotension, hypoxie (grade 3-4 : syndrome de réponse inflammatoire systémique). Le modèle quantifie la production dIL-6 en fonction de lactivité CAR-T × masse tumorale. Le tocilizumab (récepteur anti-IL-6) réduit le k_deg/augmente la clairance de l'IL-6 et contrôle le SRC en 24 à 48 h sans compromettre l'efficacité antitumorale.

Les inhibiteurs de points de contrôle (anti-PD-1 : pembrolizumab, nivolumab) bloquent le signal inhibiteur PD-1/PD-L1 que les tumeurs utilisent pour « désactiver » les lymphocytes T cytotoxiques infiltrants. Le signal PD-1 suit une isotherme de Langmuir : PD1_signal = [PD-L1]/(K_PD + [PD-L1]). L'anti-PD-1 entre en compétition pour le récepteur, élevant K_PD et réduisant le signal PD1 libération de T_ef du blocage expansion et activité antitumorale. La réponse aux points de contrôle est en corrélation avec la charge mutationnelle tumorale (TMB) : les tumeurs avec une TMB élevée ont des néoantigènes plus reconnaissables.

L'effet abscopal (du latin : « hors cible ») est la réponse des métastases à distance lors du traitement d'une tumeur unique par radiothérapie locale : la RT libère des antigènes tumoraux (mort cellulaire immunogène) qui activent les lymphocytes T CD8+ spécifiques de la tumeur, qui disséminent et attaquent les métastases de manière systémique. Cet effet est rare avec la RT seule mais est considérablement amplifié avec l'association RT + anti-PD-1. La pharmacocinétique des anticorps monoclonaux (t½_ 2 à 4 semaines pour les IgG1 thérapeutiques) permet une administration toutes les 2 à 6 semaines.

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