Applicazione dell'immunologia dei sistemi alla ricerca di biomarcatori personalizzati di efficacia clinica (SYS-T-ACT)

Riepilogo dello studio: Applicazione dell'immunologia dei sistemi alla ricerca di biomarcatori personalizzati di efficacia clinica: previsione del potenziale di attivazione delle cellule T in vivo dalle cellule T a riposo dei pazienti.

Introduzione L'allergia colpisce oltre il 20% della popolazione dei paesi più sviluppati. Le principali malattie allergiche, rinite allergica, asma, allergie alimentari e orticaria, sono croniche, causano gravi disabilità e sono costose sia per l'individuo che per la società (Libro bianco dell'Organizzazione mondiale delle allergie (WAO) 2013). Oltre alle allergie professionali, le allergie più comuni sono causate da alimenti, pollini, polvere, muffe, peli di animali, punture di insetti, farmaci... I fenomeni allergici sono dovuti a una risposta esacerbata del sistema immunitario ad antigeni tollerati da pazienti non allergici.

Dopo l'esposizione agli antigeni, le cellule T naive CD4+ (cluster di differenziazione 4) possono essere differenziate in diversi sottoinsiemi di cellule T helper (Th) (Th1, Th2, Th9, Th17, Th22, Tfh) e cellule T regolatorie soppressive indotte caratterizzate da differenti modelli di espressione di citochine, fattori di trascrizione e altri marcatori di superficie, che orchestrano risposte immunitarie adattive e innate a questi stimoli. Le cellule Th2 sono attori centrali in tutte le varie forme di malattie allergiche associate all'immunoglobulina E (IgE) e sono quindi considerate il sottogruppo di cellule T più dominante che sostiene la risposta allergica. Dopo l'assorbimento e l'elaborazione dell'antigene da parte delle cellule presentanti l'antigene, le cellule T CD4+ sono polarizzate verso un fenotipo Th2, portando all'espressione di citochine associate alle cellule Th2 come l'interleuchina (IL)-4, -5, -9, -13, commutazione Risposta delle cellule B verso la produzione di IgE (sensibilizzazione o fase iniziale). Le IgE allergene-specifiche si legano a un recettore ad alta affinità (FcεRI) delle cellule immunitarie innate tra cui basofili e mastociti, innescando il rilascio di mediatori anafilattogeni (citochine, chemochine, istamina, eparina, serotonina e proteasi) responsabili del reclutamento delle cellule infiammatorie e allergiche sintomi (effettori o fase tardiva). L'identificazione di reti di geni espressi nelle cellule Th2 a riposo e attivate di pazienti allergici aiuterebbe a distinguere i geni candidati che predicono la tolleranza immunitaria agli allergeni.

Le allergie sono malattie che coinvolgono molti sottoinsiemi cellulari. Le reattività specifiche ei contributi al quadro clinico sono strettamente interdipendenti e non ancora del tutto decifrati. L'interazione tra i diversi attori del sistema immunitario cellulare è ulteriormente complicata dall'esistenza della flora intestinale commensale, chiamata anche microbiota. Il microbiota intestinale è parzialmente sotto la supervisione del sistema immunitario e disregolazioni o cambiamenti nella composizione del microbiota, ad esempio a causa dell'assorbimento di antibiotici durante l'infanzia e/o di diverse abitudini alimentari, possono avere un impatto sulle funzioni immunitarie adattative e innate. La caratterizzazione del microbiota intestinale di ospiti umani sottoposti a immunoterapia potrebbe essere di grande interesse per delineare le interazioni tra microbiota e sistema immunitario adattativo.

Nonostante i sostanziali miglioramenti nei farmaci che alleviano i sintomi di allergia quotidiana, una percentuale di pazienti presenta ancora sintomi gravi incontrollati. Per questi pazienti, evitare rigorosamente l'allergene e tenere a portata di mano i farmaci di emergenza sono finora le migliori raccomandazioni e l'onere di convivere con l'allergia alla fine si traduce in problemi psicosociali, sanitari, occupazionali ed economici con un impatto sui costi della sanità pubblica. In questi casi, la soluzione migliore e fattibile per migliorare la qualità della vita è applicare un approccio immunoterapeutico per indurre la tolleranza all'allergene.

L'immunoterapia allergene-specifica (AIT) è stata implementata per più di 100 anni e raggiunge una prolungata mancanza di risposta somministrando dosi crescenti dell'allergene causativo fino al raggiungimento di una dose di mantenimento. Per il trattamento dell'allergia a cibo, polline, peli di animali domestici e punture di insetti vengono applicati protocolli immunoterapeutici che coprono diverse durate (da ore per i protocolli ultra urgenti a settimane o mesi per i protocolli convenzionali). La desensibilizzazione avviene in fasi sequenziali come la desensibilizzazione molto precoce dei mastociti e dei basofili, l'inclinazione delle risposte delle cellule T e B verso il fenotipo regolatorio, la modulazione degli isotipi anticorpali specifici dell'allergene e l'inibizione della migrazione e il rilascio del mediatore di eosinofili, basofili e mastociti cellule.

Rimangono tuttavia interrogativi sui primissimi eventi che si verificano all'inizio dell'immunoterapia, come se i meccanismi siano diversi nei protocolli urgenti o convenzionali. L'esito dell'immunoterapia può essere correlato a eventi che si verificano in diversi sottogruppi cellulari e l'identificazione di biomarcatori predittivi per l'induzione della tolleranza è ancora altamente necessaria.

A tale scopo verrà applicata la biologia dei sistemi. La biologia dei sistemi mira a raccogliere informazioni su sistemi biologici complessi (ad esempio, dati di trascrittomica) e ad applicare strumenti computazionali per comprendere e prevedere meglio se e in che misura questi sistemi reagiranno alle perturbazioni. Sulla base di dati "omici", la biologia dei sistemi fornisce un quadro più ampio degli eventi cellulari che si verificano durante il corso dell'AIT rispetto agli approcci incentrati su geni candidati isolati o percorsi di segnalazione. Questo approccio sistemico consente la costruzione e l'inferenza di reti predittive di espressione genica che non potrebbero essere determinate utilizzando approcci basati su ipotesi.

Motivazione del progetto di ricerca:

Gli individui umani mostrano una grande varianza nelle risposte immunitarie sia innate che adattative a seguito di stimoli immunitari. Tuttavia, si sa poco su quali e come le sottoreti molecolari controllano quantitativamente il potenziale di risposta immunitaria. Fino ad ora non sono stati stabiliti biomarcatori predittivi dell'efficacia clinica delle vaccinazioni o delle immunoterapie antigene-specifiche per l'allergia. L'attuale proposta è uno studio pilota per identificare i candidati di interesse, il cui valore predittivo come biomarcatori sarà valutato in ulteriori studi che coinvolgono gruppi più ampi di pazienti e controlli appropriati.

I ricercatori ipotizzano che i primi eventi molecolari di stimolazione cellulare nell'AIT di successo siano correlati a una firma immunitaria regolatoria reattiva delle cellule immunitarie innate (cellule natural killer (NK), cellule linfoidi innate) e adattive (cellule T e B). A questo proposito, le caratteristiche delle cellule Th2 a riposo (prima dell'AIT) dei pazienti allergici e i primi cambiamenti che si verificano in questa popolazione nel corso dell'AIT potrebbero in ultima analisi predire l'esito terapeutico.

Lo scopo di questo progetto è sviluppare una strategia di biologia dei sistemi per prevedere quantitativamente il potenziale di risposta delle cellule Th2 attivate (T-helper di tipo 2) dalle cellule Th2 a riposo di pazienti allergici sottoposti a trattamento di desensibilizzazione allergenica. I ricercatori hanno in programma di analizzare il trascrittoma delle loro cellule in diversi punti temporali durante il corso dell'AIT e di dedurre reti di espressione genica che ci consentiranno di determinare i fattori prognostici chiave per la reattività dell'AIT e l'induzione della tolleranza immunitaria. Parallelamente alle cellule Th2, i ricercatori studieranno i ruoli e le sottopopolazioni delle cellule NK, poiché il ruolo di questi sottogruppi nell'allergia è ancora in gran parte sconosciuto. Inoltre, poiché è noto che il microbiota intestinale è associato e interagisce con il sistema immunitario, i ricercatori coglieranno l'opportunità di raccogliere campioni di microbiota di pazienti sottoposti a AIT per valutare i cambiamenti che potrebbero verificarsi durante la desensibilizzazione. Il completamento di questo studio ci consentirà i) di identificare potenziali biomarcatori che potrebbero essere utilizzati in ultima analisi per prevedere l'esito della terapia o per perfezionare e adattare la terapia alle caratteristiche di un paziente ii) per monitorare i cambiamenti che si verificano nelle cellule NK da pazienti esposti a procedure di desensibilizzazione, iii) studiare il microbiota intestinale di pazienti allergici ed esplorare potenziali biomarcatori predittivi del microbiota (parte dello studio condotto presso IBBL). Questo studio rappresenta uno studio di prova per avviare una futura coorte più ampia, poiché la scoperta di nuovi biomarcatori/caratteristiche potrebbe aprire nuove strade per comprendere altri disturbi legati alla disregolazione immunitaria e in cui è richiesta l'induzione della tolleranza, come l'autoimmune malattie, rigetto del trapianto e altri.

Metodologia:

I pazienti che verranno arruolati in questo studio sono pazienti allergici del dipartimento di Immuno-Allergologia del CHL, che saranno comunque sottoposti a immunoterapia antigene-specifica di routine per motivi medici. Questi protocolli immunoterapeutici sono già stabiliti e utilizzati da specialisti esperti presso il CHL e non saranno modificati ai fini di questo progetto di ricerca. Se i pazienti idonei per AIT accettano di partecipare al nostro progetto di ricerca, gli investigatori raccoglieranno campioni di sangue e feci durante il corso del trattamento. A seconda dell'allergia da trattare, esistono due protocolli di desensibilizzazione di routine: un protocollo ultra-rush viene eseguito per la desensibilizzazione da puntura di insetto, mentre un protocollo convenzionale viene utilizzato per la desensibilizzazione da polline. Viene reclutato un gruppo di controllo senza una storia clinica di allergie. I campioni di sangue e feci vengono raccolti negli stessi tempi dei pazienti allergici.