Omfattande analys avslöjar immunsystemets dynamik

Genom att kombinera nya systembiologiska analyser med avancerad dataanalys har forskare vid Karolinska Institutet kunnat följa immunsystemets mognadsprocess hos leukemipatienter som genomgått stamcellstransplantation. Tekniken, som avslöjar komplexa samspel mellan olika celler och proteiner, kan användas även vid andra sjukdomar för att ge ny kunskap om immunsystemets reglering och dysreglering, vilket i förlängningen kan leda till nya och bättre immunologiska behandlingar. Studien publiceras i Cell Reports.

Immunterapi är ett snabbt växande fält där man påverkar patientens eget immunförsvar för att bekämpa sjukdom och där stora framgångar inom framför allt cancerområdet rapporterats på senare tid. En av de mest väletablerade och effektiva immunologiska behandlingarna är allogen stamcellstransplantation vid leukemi, där patientens egen sjuka benmärg ersätts av frisk benmärg från en donator. Hos vissa patienter mognar dock inte det transplanterade immunsystemet ut på ett gynnsamt sätt, vilket kan leda till svåra infektioner, oönskade attacker på frisk vävnad eller återfall i leukemisjukdom.

Komplext samspel mellan olika celltyper

Forskare vid Karolinska Institutet har nu med hjälp av en rad avancerade analyser studerat immunsystemets mognadsprocess hos 26 leukemipatienter behandlade vid Karolinska Universitetssjukhuset. Forskarna följde patienterna i ett års tid efter genomgången stamcellstransplantation och använde den nya tekniken masscytometri för att studera immunsystemets olika celltyper och metoden ProSeek för samtidig proteinanalys. Analyserna kombinerades sedan med modern maskininlärningsteknik för dataanalys, särskilt topologisk dataanalys vilket tillät integrering av all data och globala analyser av hela immunsystemet i blod.

– Tidigare har man inom forskningen fokuserat mycket på enskilda beståndsdelar, men immunsystemet är oerhört komplext med många specialiserade celltyper och vi tror att det är just samspelet mellan dessa celler som är viktigt. Sådana dynamiska processer har varit svåra att studera på grund av tekniska begränsningar men har nu möjliggjorts genom teknologiska genombrott, förklarar Petter Brodin, läkare och forskare vid Science for Life Laboratory (SciLifeLab) och institutionen för medicin, Solna, vid Karolinska Institutet.

Kan ge mer individanpassad vård

Han har lett den nya studien där man kunnat identifiera mönster som kan kopplas till kliniska komplikationer hos patienterna. Tekniken är applicerbar även på andra sjukdomstillstånd som involverar immunsystemet, såsom autoimmuna sjukdomar, allergier och infektioner. Förhoppningen är att fler och större studier av immunsystemets dynamik och reglering ska ge nya ledtrådar som banar väg för nya terapier och mer individanpassad behandling.

– Denna studie kan betraktas som ett första exempel på hur omfattande analyser och avancerad dataanalys, ett koncept som vi kallar precisionsimmunologi, kan leda till ökad förståelse för immunsystemets funktion och dysfunktion och även göra effekten av andra immunologiska behandlingar mer förutsägbar framöver, säger Petter Brodin.

Studien har finansierats av Vetenskapsrådet, Svenska Sällskapet för Medicinsk Forskning, Cancerfonden, Svenska Läkaresällskapet, Barncancerfonden och Karolinska Institutet.

Publikation

“Mass cytometry and topological data analysis reveal immune parameters associated with complications after allogeneic stem cell transplantation”
Tadepally Lakshmikanth, Axel Olin, Yang Chen, Jaromir Mikes, Erik Fredlund, Mats Remberger, Brigitta Omazic, Petter Brodin
Cell Reports, online 29 augusti 2017