Лихорадка, кашель, боль в горле — симптомы, находящиеся в центре внимания в эпоху COVID-19 — это лишь некоторые из явных признаков того, что иммунная система нашего организма начинает действовать против нежелательного злоумышленника. Независимо от того, вызваны ли они инфекцией, аллергеном или вакциной, иммунный ответ управляется сложным набором клеточных процессов, которые могут разыгрываться в течение нескольких дней или даже недель.
Многое известно о всеобъемлющих процессах, играющих роль в иммунных реакциях. Но из-за огромного количества задействованных переменных определение того, на чем следует сосредоточиться при разработке методов лечения или вакцин, очень похоже на поиск иголки в стоге сена. Теперь это может измениться благодаря новому исследованию ученых из Университета Макгилла и Национального института рака США (NCI), недавно опубликованному в журнале Science. Он сосредоточился на фундаментальном процессе в иммунной системе: роли белков, называемых цитокинами, в передаче сигналов и запуске реакций организма.
Решающая роль мессенджеров
Наша иммунная система часто характеризуется как боевая. Определенные критические лейкоциты (называемые Т-клетками) перемещаются по кровотоку и лимфатической системе в ткани в поисках следов микроорганизмов и других захватчиков, известных как антигены. Чтобы не атаковать здоровые клетки без разбора, Т-клетки циркулируют до тех пор, пока не распознают определенный антиген; только тогда они посылают мессенджеров в виде цитокинов, чтобы активировать систему оповещения и сигнализировать о том, что не все в порядке.
«Вы можете подумать, что в иммунном ответе есть много очень разных параметров, которые имеют решающее значение, например, может различаться количество Т-клеток, вырабатываемых для борьбы с захватчиками, или количество самих захватчиков (антигенов)», — объясняет Поль Франсуа. , биофизик Макгилла, возглавлявший группу анализа данных, в которую входил доктор философии по физике Макгилла. студенты Франсуа Бурасса и Томас Радемейкер. «Но большим сюрпризом является то, что на самом деле имеет значение сила антигена».
Работа с цифрами помогает определить главное
До сих пор было трудно измерить силу антигена — видно, насколько эффективно антиген вызывает реакцию Т-клеток — независимо от количества антигена, присутствующего в любом данном эксперименте.
Но, используя подход, основанный на данных, и благодаря решающему сотрудничеству с NCI, Франсуа и его коллеги смогли расшифровать весьма изменчивый феномен продукции цитокинов, чтобы дать надежное считывание силы антигена. Это потенциально очень полезно для прогнозирования того, насколько хорошо может работать вакцина-кандидат или иммунотерапевтический препарат.
Чтобы детально изучить это явление, исследователи NCI под руководством Грегуара Альтан-Бонне разработали роботизированную платформу для одновременного проведения десятков экспериментов, подвергая Т-клетки воздействию различных антигенов и условий. Сурадж Ачар, аспирант лаборатории Алтан-Боннет, оптимизировал автоматизированную систему, чтобы собирать огромные объемы данных за долю времени, которое потребовалось бы для проведения тех же экспериментов вручную.
«Составление комплексной карты динамики цитокинов , генерируемых Т-клетками в самых разных условиях, представляет собой проблему и возможность лучше понять, как Т-клетки «видят» антигенный мир и управляют иммунными реакциями», — отметил Алтан-Бонне.
Затем члены команды Макгилла использовали машинное обучение для обработки данных, полученных в ходе этих экспериментов, и математические модели для выявления значимых закономерностей в данных. Это управляемое данными моделирование выявило удивительно простые правила, лежащие в основе того, что в противном случае могло бы показаться очень сложным процессом, зависящим от множества переменных.
Спектр иммунных реакций?
Анализ также показал, что модели высвобождения цитокинов несут информацию о типе встречающегося антигена и различают шесть различных клеточных ответов , а не три обычно распознаваемых типа.
«Это подтверждает идею о том, что иммунный ответ существует по спектру, а не как бинарный переключатель», — добавляет Франсуа. «Могут быть разные уровни иммунного ответа , которые можно настроить на нужный уровень готовности в зависимости от сложности ситуации».
Это новое понимание, вероятно, улучшит стратегии иммунотерапии, основанные на Т-клетках, сконструированных для воздействия на опухоли пациента.
