Système immunitaire : Un mystère révélé

Nature Biotechnology présente une technologie innovante qui fournira à la communauté scientifique de nouveaux outils pour acquérir une compréhension globale de l'activité du système immunitaire. 

Développée au Technion Israël, cette technologie basée sur des millions de publications scientifiques, cartographie les profils immunitaires des maladies et qui identifient des interactions biologiques jusqu'alors inconnues, permettant le développement de thérapies personnalisées et immunocentriques.

Caractéristiques au niveau du système du flux d'information entre la sécrétion cellulaire des familles de cytokines et les familles de cytokines qui affectent une variété de sous-ensembles cellulaires

Une technologie développée à l'Institut technologique Technion-Israël fournira à la communauté scientifique des outils innovants pour acquérir une compréhension en profondeur du système immunitaire en matière de santé et de maladie. La technologie, baptisée immunXpresso par les chercheurs, analyse des millions de publications scientifiques et cartographie les profils immunitaires des maladies. Ces cartes, qui ont déjà identifiées des interactions biologiques jusqu'alors inconnues, permettront le développement de thérapies personnalisées et immunocentriques Le travail, publié dans Nature Biotechnology , a été dirigé par le doctorant Ksenya Kveler, sous la direction du professeur adjoint Shai Shen-Orr de la Faculté de médecine Rappaport.

G à D : Ksenya Kveler, professeur adjoint Shai Shen-Orr et Elina Starosvetsky

La médecine contemporaine a avancé à un rythme vertigineux; l'espérance de vie a doublé entre le milieu du 19ème et la fin du 20ème siècle, les vaccinations ont considérablement réduit les taux de mortalité infantile et, au cours des deux dernières décennies, des technologies révolutionnaires ont été introduites dans les pratiques cliniques. De telles technologies ont considérablement amélioré notre capacité à traiter les maladies - en particulier le cancer - en manipulant le système immunitaire.

Cependant, le système immunitaire demeure très complexe,son analyse et son activation ciblée constituent un défi considérable. Au cours de la dernière décennie, la communauté scientifique a développé des outils innovants pour la mesure précise et large des cellules, des protéines et des gènes, entre autres. Ces outils fournissent une mine d'informations et, par conséquent, le défi actuel, sur lequel la publication se concentre, consiste à analyser l'informatio

"Les chercheurs et les médecins, aussi expérimentés et exceptionnels qu'ils soient, se spécialisent dans un spectre étroit du monde médical", a déclaré le professeur Shen-Orr. "En tant qu'êtres humains, ils ne peuvent avoir une perspective basée sur des millions d'études et de publications, en particulier dans le domaine de l'immunité, qui a un volume énorme de publications et une nouvelle publication publiée toutes les demi-heures. Mais ce que les chercheurs et les médecins humains ne peuvent pas faire, nous pouvons maintenant offrir à travers le système immunitaireXpresso, qui construit un modèle informatisé du système immunitaire. "

Le modèle fournit, pour la première fois, une vision fascinante du système dans son ensemble, une meilleure compréhension de l'information disponible et de ses limites, l'interprétation automatique des données et la génération systématique de nouvelles hypothèses.

Les chercheurs du Technion ont développé la technologie qui analyse la littérature scientifique des sciences de la vie et génère, une image globale et à haute résolution du réseau d'interactions entre les cellules immunitaires et le corps humain, à travers des milliers de maladies. immuneXpresso est une étape importante vers l'obtention d'une vision immunocentrique des maladies.

"Le système immunitaire remplit une fonction essentielle dans la lutte contre les maladies et dans le maintien de la santé. Il sert de sorte de capteur qui surveille les environnements externes et internes et répond aux changements qui se produisent ", a poursuivi le professeur Shen-Orr. "Le problème est que parfois, il échoue ou forme des interactions nocives avec d'autres cellules dans le corps. Par conséquent, pour améliorer l'efficacité des traitements médicaux, nous devons ouvrir la boîte noire du système immunitaire pour comprendre comment cela fonctionne. "

Dans ce contexte, immunXpresso a été programmé pour scanner la base de données PubMed - qui, à ce jour, contient 16 millions de publications. L'étude s'est concentrée sur des molécules appelées «cytokines» - des protéines qui permettent aux cellules immunitaires d'envoyer des messages aux cellules et aux tissus dans tout le corps. Cette nouvelle technologie permet aux chercheurs de générer une carte informatisée et détaillée des connexions entre 340 types de cellules et 140 types de cytokines à travers des milliers de maladies - une base de connaissances nouvelle et sans précédent en termes de résolution et d'ampleur. Ce processus fournit une image globale du réseau d'interactions entre les cellules immunitaires et des modèles d'accumulation des connaissances scientifiques au fil du temps.

Professeur adjoint Shai Shen-Orr

En plus de cartographier les facteurs connus, l'approche analytique décrite dans l'article a permis de prédire des centaines de nouvelles interactions biologiques, qui n'ont pas été identifiées ou signalées jusqu'à présent. Toujours pour la première fois dans l'histoire, les chercheurs ont cartographié les profils immunitaires de diverses maladies et ont regroupé avec succès des maladies basées sur la similarité entre leurs «cartes de maladies», qui présentent les liens entre le statut médical et le statut immunitaire. Ces «grappes de maladies» fournissent une feuille de route unique pour identifier les dysfonctionnements immunitaires dans divers états pathologiques. Cette réalisation permettra la désignation de thérapies pharmaceutiques existantes pour de nouvelles indications, qu'elles devraient pouvoir prévenir ou atténuer.

"Pour traduire cette information en médecine personnalisée", a déclaré le professeur Shen-Orr, nous prévoyons de la lier au profil immunitaire du patient, avec la compréhension claire que le système immunitaire varie entre les personnes ainsi qu'au fil du temps chez une même personne. Si nous parvenons à surveiller ce système, alors que nous surveillons, par exemple, l'activité cardiaque, nous serons en mesure de fournir des interventions médicales personnalisées, précises et basées sur les connaissances ».

Pendant son postdoc à l'université de Stanford, le professeur Shen-Orr a étudié la variabilité du système immunitaire entre les personnes. "C'était la première fois que j'analysais des données obtenues en surveillant le système immunitaire, et j'ai identifié des différences dans la fonction de huit cytokines chez les adultes par rapport aux personnes âgées. J'ai partagé cette découverte avec des immunologistes expérimentés, espérant qu'ils m'aideraient à comprendre quelles cellules sécrètent ces cytokines. Mais aucun d'entre eux n'a été capable de me fournir des réponses, car chaque immunologiste voit une image partielle du système immunitaire et aucun n'est familier avec l'image globale car le système est trop complexe et la science traditionnellement réductionniste. Depuis lors, mon travail s'est concentré sur la construction d'un système de compréhension de l'immunité et de ses interactions avec les autres systèmes du corps. Ce faisant,

L'immunologie des systèmes - introduite il y a une dizaine d'années - s'est principalement concentrée sur notre capacité à mesurer le système chez l'homme et à générer une masse de données. Mais la perspective complémentaire - interprétation des données - ne s'est pas développée au même rythme. Le professeur Shen-Orr prévoit qu'immunXpresso apportera une contribution significative à l'aspect interprétatif, en partie parce qu'il s'agit d'une plate-forme de cartographie et de normalisation des données existantes, qui permet d'établir un lien entre la littérature scientifique et les données expérimentales.

Le laboratoire du professeur Shen-Orr est un espace interdisciplinaire qui rassemble des chercheurs issus de l'informatique avec des biologistes. Il incarne lui-même l'intégration de différentes disciplines: il a complété son baccalauréat en systèmes d'information en génie industriel et gestion et informatique au Technion, sa maîtrise en bioinformatique - application de bases de données et d'outils informatiques pour la recherche biologique et médicale - au Weizmann Institute of Science, son doctorat en biologie du développement à l'Université Harvard et un postdoc en informatique biomédicale et en immunologie à Stanford. En 2011, il est retourné au Technion en tant que membre du corps professoral de l'École de médecine Rappaport et est maintenant directeur du laboratoire d'immunologie des systèmes et de médecine personnalisée.

La recherche a été soutenue par les National Institutes of Health (NIH) et a impliqué des années de temps investi. Le développement commercial de la technologie immunXpresso est actuellement en cours chez CytoReason, une société qui construit un modèle d'apprentissage automatique du système immunitaire et le déploie pour renforcer le développement de médicaments et la médecine de précision.

Cliquez ici pour visualiser la publication dans Nature Biotechnology

 

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