Au plus fort de la pandémie de Covid-19, dans un contexte d’incertitude et de pénurie de vaccins, cinq chercheurs travaillant dans les domaines des mathématiques appliquées, de la science des données et de l'épidémiologie, ont uni leurs forces pour étudier la faisabilité de reporter la deuxième dose du vaccin afin de maximiser le bénéfice initial de la vaccination. Le résultat de cette recherche, qui a utilisé un modèle mathématique pour déterminer l'efficacité de cette stratégie et l'intervalle de temps idéal entre la première et la deuxième dose, a été récompensé par le prix Johannes Kepler 2024, offert par la Société brésilienne de mathématiques appliquées et computationnelles ( Sociedade Brasileira de Matemática Aplicada e Computacional)SBMAC).
La recherche intitulée « Un délai optimisé de la deuxième dose de vaccin Covid-19 réduit les admissions en soins intensifs », publiée en 2021 dans la prestigieuse revue scientifique Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), a été rédigée par les chercheurs Paulo Silva et Claudia Sagastizábal, de l'Institut de mathématiques, statistiques et informatique scientifique à l'Université d'État de Campinas (IMECC-Unicamp); Luis Gustavo Nonato et Tiago Pereira, de l'Institut des sciences mathématiques et informatiques de l'Université de São Paulo (ICMC-USP) ; et Claudio José Struchiner, de l'École de mathématiques appliquées de la Fundação Getúlio Vargas (FGV EMAP).
« Nous avons créé un modèle mathématique qui utilise le taux d’hospitalisation comme mesure clé pour déterminer le meilleur moment pour administrer la deuxième dose du vaccin. Il prend en compte les informations sur le fonctionnement du vaccin, la quantité disponible et les personnes qui en ont le plus besoin. Le modèle prédit également combien de personnes pourraient devoir être hospitalisées à cause du Covid-19 à différents âges », explique Luis Gustavo Nonato, de la CICM-USP.
« Le langage mathématique est fondamental pour représenter les mécanismes d'action de chaque élément de ce système, comme la mobilité sociale, la réponse immunologique et le pouvoir infectieux de l'agent pathologique », ajoute Claudio Struchiner, de FGV EMAP.
L’étude a révélé que, en fonction de l’efficacité et du mécanisme d’action du vaccin, retarder l’administration de la deuxième dose pourrait constituer une stratégie efficace pour alléger la pression sur les systèmes de santé.
« Cette relation dépendait fortement de la souche du Covid-19 en circulation. Au début de la période de vaccination, la souche prédominante était plus sensible à la première dose, ce qui justifiait de retarder au maximum la deuxième dose pour couvrir la majorité de la population », explique le professeur Paulo Silva, de l'IMECC-Unicamp.
Selon le modèle, pour les vaccins qui bloquent l’infection avec une efficacité de 50 % après la première dose, la deuxième dose peut être retardée jusqu’à 8 semaines. Un délai similaire est recommandé pour les vaccins efficaces à 70 % pour prévenir les hospitalisations. En outre, la modélisation prédit qu’en retardant de 12 semaines l’administration de la deuxième dose pour un vaccin qui bloque l’infection avec une efficacité initiale de 70 %, les admissions en soins intensifs pourraient être réduites jusqu’à 400 par million de personnes sur 200 jours. Les résultats suggèrent que, même avec une immunité partielle, le modèle optimisé pour la deuxième dose du vaccin favorise une réduction massive du nombre d’admissions en soins intensifs et une réduction des confinements, sauvant potentiellement des vies et accélérant le retour à la normale. Ces résultats soulignent l’importance d’ajuster les stratégies de vaccination pour maximiser les bénéfices pour la santé publique dans différents contextes épidémiologiques.
Claudia Sagastizábal, de l'IMECC, souligne la polyvalence du modèle mathématique développé, qui a été adapté pour identifier les zones avec la plus grande demande de lits de soins intensifs à São Paulo et pour définir des stratégies de tests systématiques pour le Covid-19. « Nous collaborons également avec l'État du Rio Grande do Sul pour déterminer le moment idéal pour reprendre les activités économiques dans plusieurs villes. L’abstraction des mathématiques n’est pas toujours bien comprise du public profane. Mais un travail comme celui présenté dans l’article primé peut être apprécié par des personnes autres que des experts. Je pense que ce point est fondamental pour diffuser la pratique du travail multidisciplinaire au Brésil », souligne-t-il.
Depuis 2020, la SBMAC propose le prix Kepler pour récompenser la production scientifique nationale en mathématiques appliquées. Le travail lauréat de 2024 intégrait l’expertise de différents domaines et était à l’époque pionnier dans la fourniture d’informations cruciales et accessibles aux décideurs.
Tiago Pereira, professeur à la CICM, souligne sa fierté de recevoir un prix qui honore l'un des fondateurs de la science moderne. « Kepler a été un grand pionnier de la science des données, avec des applications des mathématiques à l'astronomie. Nous sommes très heureux de perpétuer la tradition de Kepler et d’appliquer les mathématiques pour résoudre nos problèmes quotidiens », se réjouit-il.
