Rapport d’étude sur l’analyse des caractéristiques immunitaires du sang périphérique chez les patients atteints de cancer

Le cancer est un problème de santé majeur et omniprésent à l’échelle mondiale. Bien que des progrès significatifs aient été réalisés dans le traitement du cancer ces dernières années, de nombreux défis restent à relever, notamment la manière de prédire précisément la réponse des patients aux différents traitements. L’immunothérapie, en particulier les inhibiteurs des points de contrôle immunitaires (blocage des points de contrôle immunitaires, ICB) ont connu des avancées notables au cours de la dernière décennie. Toutefois, le taux de réponse de la majorité des patients reste difficile à prévoir et de sévères effets secondaires liés à l’immunité apparaissent souvent. Ainsi, il est urgent de disposer de modèles de diagnostic complet et d’analyse cohérente pour évaluer l’état du système immunitaire des patients, afin de surveiller les réponses aux traitements et de faire des prédictions.

Source de l’article

Cet article intitulé « comprehensive peripheral blood immunoprofiling reveals five immunotypes with immunotherapy response characteristics in patients with cancer » a été publié le 13 mai 2024 dans la revue « Cancer Cell ». L’équipe d’auteurs comprend Daniiar Dyikanov, Aleksandr Zaitsev, Tatiana Vasileva, et d’autres, principalement de Bostongene, Corp. (Waltham, MA, USA), ainsi que Thomas Jefferson University (Philadelphia, PA, USA) et The Parker Institute for Cancer Immunotherapy (San Francisco, CA, USA).

Introduction générale

Le système immunitaire humain présente une grande diversité dans sa réponse aux défis immunitaires tels que le vieillissement, l’exposition microbienne, les changements métaboliques et les maladies chroniques comme le cancer. La composition du système immunitaire détermine la capacité individuelle à répondre à différents stimuli immunitaires, y compris les traitements anticancéreux. L’analyse des leucocytes du sang périphérique a montré une valeur potentielle de ces cellules immunitaires dans le choix du traitement du cancer. Cependant, l’analyse immunitaire systématique n’est pas encore utilisée couramment dans l’évaluation des patients atteints de cancer, du fait du manque de méthodes d’analyse standardisées. Cette étude vise à développer une plateforme clinique d’analyse des caractéristiques immunitaires utilisant la cytométrie en flux à haute paramétrisation pour évaluer les différentes compositions des cellules immunitaires chez les patients atteints de cancer et leur relation avec les réponses aux différents traitements.

Processus de l’étude

Workflow de l’étude

Pour atteindre cet objectif, les auteurs ont développé un système d’analyse des caractéristiques immunitaires combinant la cytométrie en flux à plusieurs paramètres et une plateforme d’apprentissage automatique (ML). Le processus de l’étude implique les étapes principales suivantes :

1. Collecte et traitement des échantillons : des échantillons de sang périphérique ont été collectés auprès de 408 volontaires sains et de 442 patients atteints de cancer, et traités en utilisant une technique d’élimination des globules rouges.
2. Conception des panneaux d’anticorps : 10 panneaux d’anticorps ajustés (9 pour des types cellulaires spécifiques et 1 pour un cadre général) ont été conçus pour couvrir différents sous-groupes de cellules immunitaires.
3. Analyse par cytométrie en flux : les leucocytes isolés du sang périphérique ont été analysés par cytométrie en flux multi-couleur en utilisant les panneaux d’anticorps pour une analyse quantitative de toutes les cellules CD45+.
4. Entraînement du modèle d’apprentissage automatique : les données de cytométrie en flux ont été annotées manuellement et ces données marquées ont été utilisées pour entraîner un modèle d’apprentissage automatique de type « Gradient Boosting » afin d’identifier automatiquement différents sous-groupes de cellules immunitaires.
5. Validation et analyse des données : le modèle entraîné a été utilisé pour conduire une analyse systématique des échantillons de patients atteints de cancer et de volontaires sains afin de découvrir des différences significatives dans la composition des cellules immunitaires à des fins diagnostiques ou pronostiques.

Principaux résultats expérimentaux

En comparant initialement les volontaires sains et les patients atteints de cancer, des différences significatives ont été trouvées dans les monocytes, ainsi que dans les cellules T CD4+, cellules T CD8+ et les cellules B. Dans une analyse à plus grande échelle, les auteurs ont identifié cinq types d’immunités (immunotypes), chacun ayant une distribution cellulaire et des caractéristiques d’expression génétique uniques. Ces immunotypes incluent :

1. Type G1 : riche en cellules T CD4+, cellules T CD8+ et cellules B naïves.
2. Type G2 : présente une proportion élevée de cellules T mémoires centrales et transitionnelles CD4+ différenciées, ainsi que de cellules T régulatrices CD39+.
3. Type G3 : augmentation des cellules NK matures et des cellules T CD8+ PD-1+ et TIGIT+.
4. Type G4 : inclut des cellules NKT, des cellules T mémoire à différenciation terminale CD45RA+ et CD45RA- CD4+ et CD8+.
5. Type G5 : riche en monocytes classiques, monocytes HLA-DRlow et neutrophiles.

De plus, pour valider la signification médicale et la pertinence de ces immunotypes, les auteurs ont créé un système de scores de signature basé sur les immunotypes (immunotype-based signature scores) en utilisant des techniques de clustering spectrales dispersées, des analyses de profils d’expression génique et une évaluation de la réponse immunitaire systématique, et ont appliqué ce système à une série d’études de réponse au traitement chez les patients cancéreux.

Signification de la recherche

Grâce à la combinaison de la cytométrie en flux à haute paramétrisation et de la technologie d’apprentissage automatique, cette étude a développé une nouvelle plateforme clinique d’analyse des caractéristiques immunitaires. Les résultats montrent que les types d’immunité du sang périphérique peuvent refléter l’état du système immunitaire du patient et prédire la réponse des patients atteints de cancer à différents traitements (comme l’immunothérapie). Cette plateforme peut être largement appliquée chez les patients cancéreux, en stratifiant le pronostic et la réponse au traitement par une simple analyse sanguine, améliorant ainsi la spécificité et l’efficacité du traitement clinique.

Points forts de l’étude

1. Méthode innovante : développement d’une plateforme clinique d’analyse des caractéristiques immunitaires efficace en utilisant la cytométrie en flux combinée avec des modèles d’apprentissage automatique.
2. Analyse multi-paramètres : typage systématique des cellules immunitaires à l’aide de dix panneaux d’anticorps couvrant 650 types de cellules et états d’activation.
3. Système de scores basé sur les immunotypes : développement d’un système de scores continus basé sur les immunotypes, capable d’expliquer de manière cohérente les réponses immunitaires systémiques des patients cancéreux à différents traitements.
4. Applicabilité étendue : validation de l’existence et de la pertinence des cinq types d’immunités dans divers types de cancers et réponses thérapeutiques, démontrant la valeur clinique étendue de la plateforme.

Conclusion

Cette étude a révélé cinq types conservés d’immunités dans le sang périphérique des patients atteints de cancer grâce à une analyse systématique des caractéristiques immunitaires, et a évalué leur relation avec la réponse à l’immunothérapie. Les résultats de cette recherche offrent non seulement de nouvelles perspectives et outils pour un traitement personnalisé de l’immunothérapie, mais également une méthode de détection immunitaire simple et pratique pour les cliniciens, augmentant ainsi la capacité de prédiction et de suivi du traitement du cancer. À l’avenir, des recherches et applications supplémentaires pourront simplifier le processus de diagnostic et de traitement des patients atteints de cancer et promouvoir l’optimisation et le développement des thérapies immunitaires.