Human immunome project: come codificare il sistema immunitario

Il sistema immunitario rappresenta l’epicentro della salute umana. Ogni organo, ogni tessuto dell’organismo, è munito di cellule immunitarie e, per definizione, questo apparato è implicato nella risposta a (e in molti casi anche nella genesi di) ogni patologia: perfino la depressione è associata a livelli elevati di infiammazione. D’altra parte, oggi disponiamo di meno dell’1% dei dati necessari per comprendere la complessità e la diversità della funzione immunitaria tra un individuo e l’altro.

Gli obiettivi del progetto

Per sopperire a una tale carenza di informazioni, è stato lanciato lo Human Immunome Project (Hip), uno sforzo internazionale che dovrebbe partire quest’anno, dedicato alla decodifica del sistema immunitario.

Il progetto si prefigge due obiettivi fondamentali, dice Hans Keirstead, Ceo dell’Hip: “Il primo consiste nella generazione di dataset immunologici su larga scala che rappresentino la diversità delle risposte immunitarie. Il secondo, nell’utilizzare i dati generati per costruire modelli di intelligenza artificiale del sistema immunitario”.

Secondo Keirstead l’impatto del progetto potrebbe essere trasformativo. “Immaginate come sarebbe la sanità se i medici potessero prevedere con anticipo, sulla base delle caratteristiche immunitarie, chi svilupperà il cancro, se terapie e vaccini fossero progettati in base alla biologia specifica del singolo individuo o se potessimo finalmente curare malattie debilitanti come l’Alzheimer”.

Le due fasi

L’Hip durerà dieci anni e prevede due fasi. Nel corso della prima verranno attivati tra i 7 e i 10 siti pionieristici per la raccolta dei dati, nella seconda è previsto il coinvolgimento di più di 100 località in tutto il mondo. Contestualmente, verrà sviluppato un motore di intelligenza artificiale per analizzare tali dati in modo che possano essere utilizzati. Il progetto si inserisce nel filone di ricerca dello Human Genome Project e da un certo punto di vista ne è la continuazione.

“Vent’anni fa, quel progetto ha cambiato la traiettoria della scienza e della medicina, portando a una serie di innovazioni”, commenta Keirstead. La genetica, però, contribuisce soltanto in parte alla predisposizione alle patologie, mentre il sistema immunitario è pienamente coinvolto nella patogenesi, nello sviluppo delle malattie e nell’invecchiamento. Per questo, secondo il Ceo, il lavoro sul sistema immunitario sarà più complesso, ma i risultati avranno forse implicazioni più profonde.

Un po’ di storia

In realtà l’Hip è un’estensione su larga scala dello Human Vaccine Project, lanciato nel 2016, che aveva lo scopo di studiare le risposte immunitarie in seguito alla vaccinazione e di gettare le basi per avanzamenti nella ricerca sulle malattie infettive.

“A partire da questo spunto e dato l’emergere degli approcci di intelligenza artificiale, alla fine del 2022 è stato deciso di espandere il progetto e di trasformarlo nello Human Immunome Project”, commenta Emanuele Andreano, Project Leader N. gonorrhoeae and Covid-19 del Monoclonal Antibody Discovery Laboratory di Fondazione Toscana Life Sciences. “Dal punto di vista della ricerca, disporre di questa grande quantità di dati e quindi migliorare la comprensione del funzionamento del sistema immunitario e dei cambiamenti immunitari in seguito alla vaccinazione, potrà avere moltissimi risvolti”, continua l’esperto.

Secondo il ricercatore possiamo immaginare come risultati dell’Hip, lo sviluppo di nuovi vaccini, di terapie e immunoterapie, ma anche di Kit diagnostici e l’identificazione di marker e target terapeutici. D’altra parte, potranno emergere applicazioni inimmaginabili. “Hip permetterà di ampliare la nostra conoscenza dell’immunologia di base, fondamentale per l’avanzamento scientifico. Ad esempio, se non fosse stato per la ricerca di Jason McLellan sulle proteine “spike” dei coronavirus, non sarebbe stato sviluppato il primo vaccino a mRNA in pochi mesi”.

Prospettive per la pratica clinica

L’aspettativa, da parte dei clinici, è che i dati raccolti e la “mappa” del sistema immunitario che ne dovrebbe derivare, permetteranno di identificare bersagli terapeutici nuovi e specifici.

“Il numero e la diversità dei centri coinvolti offre l’occasione di identificare l’eventuale presenza di differenze immunitarie in base a genere, etnia, o magari a fattori socio-economici e quindi di personalizzare il trattamento”, osserva Carlo Selmi, responsabile della Reumatologia e Immunologia Clinica Ircss Istituto Clinico Humanitas e docente presso la Humanitas University.

Nel corso della seconda fase verranno raccolti anche campioni di tessuti come pelle, intestino e tonsille, oltre a quelli di sangue e saliva; quindi, sarà possibile individuare bersagli terapeutici anche in queste sedi.

“Oltre ad essere caratterizzato da un’interessante componente trasversale (il numero elevato e la distribuzione globale dei centri), il progetto si svilupperà in un arco di tempo che consentirà un’analisi longitudinale dei dati, anche questa funzionale alla scoperta di aspetti critici per la pratica clinica”, nota Selmi. Tra dieci anni potremo avere a disposizione marker immunitari che ci consentano di prevedere il rischio di un singolo individuo di sviluppare malattie infiammatorie o autoimmuni, “proprio come accade in cardiologia grazie alla misurazione del colesterolo”, spiega Selmi.

Alcuni esempi

“Prendiamo l’esempio dell’artrite reumatoide. Gli autoanticorpi che provocano un’infiammazione cronica delle articolazioni possono essere rilevati anche cinque anni prima delle manifestazioni articolari, ma non riusciamo a prevedere con esattezza chi, tra coloro che presentano gli autoanticorpi svilupperà la malattia. Predire l’andamento della patologia con anticipo ci permetterebbe una migliore gestione dei pazienti”.

Seguire i pazienti per diversi anni consente anche di studiare gli effetti collaterali di terapie e vaccini e di analizzare la risposta alla terapia. “Attualmente disponiamo di terapie molto moderne, farmaci biologici e small molecules molto precisi, ma di cui non sappiamo predire la risposta per i singoli pazienti. Quindi procediamo per tentativi e, purtroppo, con una certa frequenza (in alcuni casi in un paziente su due) il trattamento non risulta efficace”.

Kit alla portata di tutti

Una delle sfide chiave dell’HIP consiste nel generare dati in modo standardizzato, riproducibile ed efficiente in termini di costi. Soprattutto considerando che, nel corso della seconda fase, le analisi verranno condotte anche in Paesi a basso e medio reddito, in centri che non dispongono di strumenti all’avanguardia e con risorse limitate.

“Per superare queste sfide, stiamo sviluppando degli Immune Monitoring Kits, saggi per misurare la funzione immunitaria, che saranno perfezionati con i siti pilota (quelli attivati nella prima fase) per garantire la possibilità di implementazione nei centri di tutto il mondo, compresi quelli con risorse finanziarie e infrastrutture immunologiche limitate”, spiega Keirstead.

Verso un nuovo approccio

In questo lo Human Immunome Project rappresenta un nuovo approccio collaborativo alla scienza in cui tutti i ricercatori seguono un protocollo uniforme. Non sono stati ancora rivelati i centri che parteciperanno alle due fasi del progetto, dalla direzione dell’Hip fanno sapere che sono stati contattati siti in Africa, India, Sud-Est asiatico, Sud America, Europa e Stati Uniti. Sicuramente saranno coinvolti centri italiani: “Come Toscana Life Science ci auguriamo di poter dare il nostro contributo – conclude Emanuele Adreano – e nei nostri laboratori studiamo la risposta delle cellule B, per identificare anticorpi monoclonali umani che possono essere testati contro batteri e virus”.