Лимфоцит внимания: база старения иммунитета поможет создать лекарства от ВИЧ
Ученые составили базу данных старения иммунных клеток, которая в будущем позволит испытывать новые препараты, в том числе лекарства от ВИЧ. Специалисты охватили беспрецедентный диапазон — от новорожденных до долгожителей. Самому старшему человеку, информацию о котором использовали в исследовании, — 111 лет. Результаты работы позволяют определять, соответствует ли иммунный статус пациента реальному возрасту или он больше. На основе разработки также планируют создать программное обеспечение, которое поможет не только тестировать препараты, но и смотреть, насколько эффективны их сочетания.
За что отвечают Т-лимфоциты
Специалисты Центра математического моделирования в разработке лекарств Сеченовского университета совместно с исследователями Института вычислительной математики РАН и зарубежными коллегами проанализировали более 120 клинических исследований, направленных на изучение гомеостаза (нормального состояния) Т-лимфоцитов людей разного возраста, и количественно охарактеризовали динамику старения иммунных клеток. Полученную уникальную базу данных планируют использовать для построения математических моделей инфекционных заболеваний, в частности ВИЧ. Они помогут разработчикам лекарств существенно ускорить создание новых препаратов.
Т-лимфоциты — это иммунные клетки, которые могут распознавать и уничтожать определенные возбудители инфекций или опухолевые клетки. Однако с возрастом способность иммунной системы бороться с патогенами снижается. Чтобы наиболее полно исследовать иммунологический статус, необходимо оценить работу не только общих популяций Т-лимфоцитов, но и их специфичных субпопуляций (подтипов). Например, количество наивных Т-клеток (клетки иммунной системы, которые еще не встречались с антигеном), клеток, обеспечивающих иммунологическую память, а также эффекторных клеток — главных «солдат» иммунной системы.
Полученная база данных содержит показатели измерений концентрации иммунных клеток не только в крови, но и в других органах и тканях.
— Каждое клиническое исследование, которое мы анализировали, имеет ограниченный набор данных — как по количеству участников, так и по их возрасту, — рассказала автор работы, младший научный сотрудник Центра математического моделирования в разработке лекарств Сеченовского университета Виктория Кулеш. — Применив систематический подход к сбору и анализу всей доступной информации, нам удалось охватить не только огромное количество измерений, но и беспрецедентный диапазон по возрасту — от новорожденных до долгожителей. Самому старшему человеку из нашей базы 111 лет.
Ученые впервые применили методологию метаанализа для исследования возрастной динамики иммунных клеток. Такой подход позволил обобщить всю доступную количественную информацию о концентрации различных клеток и определить контрольные значения у людей в узком возрастном диапазоне.
За счет такого описания процессов «здорового» старения иммунитета исследователи могут улучшить диагностику и определение иммунного статуса пациентов с ВИЧ и другими аутоиммунными или вирусными хроническими заболеваниями, рассказала специалист. В будущем это позволит персонифицировать терапию, исходя из количества иммунных клеток у пациента.
Зачем нужна база данных иммунных клеток
Еще одним результатом работы ученые назвали получение беспрецедентной базы данных о работе иммунной системы, информация из которой будет использована для построения математических моделей старения иммунитета.
Так, например, специалисты выяснили, что Т-клетки памяти и эффекторные клетки (клетки иммунитета, дающие ответ на нейронный импульс) достигают пика своей концентрации у детей от одного до пяти лет. А наивные Т-лимфоциты (клетки, еще не встретившие антиген) — у детей до года. Также исследование показало, что возрастные изменения концентрации Т-лимфоцитов в органах лимфатической системы значимо не отличаются от их содержания в крови. А значит, исследования крови дают точную оценку иммунологического статуса, сказали ученые.
Результаты исследования планируется использовать для разработки системно-фармакологической платформы по математическому моделированию инфекционных заболеваний, в частности ВИЧ, рассказала Виктория Кулеш. С помощью базы разработчики лекарств смогут существенно ускорить создание новых противоинфекционных лекарств, оптимизировать их дозу и режим приема, определять оптимальные мишени их воздействия и прогнозировать эффективность использования комбинаций препаратов.
— Результаты данной работы — отправная точка для построения физиологически обоснованных моделей для инфекционных и аутоиммунных заболеваний (то есть моделей, отражающих реальное развития заболеваний, функционирования организма). В ближайшее время данные результаты будут использованы для разработки модели динамики ВИЧ-инфекции, — отметила специалист.
Также данные будут использоваться для разработки моделей в системной красной волчанке, дерматомиозите, склеродерме, вирусных гепатитах и других заболеваниях, затрагивающих иммунную систему.
Сочетание нейросетей, биоинформатики и экспериментальной работы позволяет значительно ускорить процесс разработки новых препаратов, отметила эксперт рынка НТИ «Хелснет», доктор фармацевтических наук Татьяна Рязанова.
— Безусловно, создание таких баз данных необходимо для моделирования этиогенеза и патогенеза заболеваний, в частности инфекционной природы. Кроме того, в сочетании с другими методами виртуального скрининга лекарственных средств платформа может быть полезной для прогнозирования эффективности препаратов или их комбинаций, — сказала она, — сказала она.
Чем больше деталей в подобных моделях, тем она точнее работает, отметил научный сотрудник Института изучения старения Российского государственного научно-клинического центра РНИМУ им. Н.И. Пирогова Минздрава России Михаил Болков.
— Тонкие детали позволяют оценивать, как клетки внутри тела двигаются, обмениваются сигнальными молекулами, участвуя в каком-то воспалении или при инфекции. Тут можно оценивать и старение организма, и то, как меняется диапазон его возможностей в процессе жизни в зависимости от различных факторов. Таким фактором может быть и ВИЧ-инфекция, которая и так агрессивно воздействует на организм, — сказал он «Известиям».
В будущем на основе данной работы планируется построение системно-фармакологической модели инфекционных заболеваний в виде ПО, рассказали разработчики. Подробные результаты исследования опубликованы в научном журнале Frontiers in immunology.
