اثر انگشت آنتی بادی پاسخ بدن به واکسن را پیش بینی می کند

پیش از آنکه سوزن حتی پوست را بشکافد، خون شما شاید از قبل در حال روایت یک داستان باشد. تاریخچه‌های کوتاهی از عفونت‌های گذشته، ردپاهای مولکولی ظریفی که باکتری‌ها و ویروس‌ها بر جا گذاشته‌اند، کنار هم الگویی می‌سازند که می‌تواند نشان دهد بدن شما با چه شدتی به یک واکسن جدید پاسخ آنتی‌بادی خواهد داد. برخی از این سرنخ‌ها اصلا ویروسِ هدف واکسن را نشانه نمی‌گیرند.

الگوهای آنتی‌بادی از پیش موجود ممکن است نشان دهند یک فرد تا چه اندازه به واکسیناسیون پاسخ می‌دهد و به شناسایی افرادی کمک کنند که در معرض خطر پاسخ ایمنی ضعیف‌تر هستند.

پژوهشگران دانشگاه ایالتی آریزونا و همکارانشان هزاران نمونه خون را بررسی کردند تا این امضاهای پنهان را پیدا کنند. ایده از نظر مفهومی ساده است، اما اجرای آن پیچیدگی زیادی دارد. به جای آنکه منتظر بمانیم و پس از واکسیناسیون آنتی‌بادی‌ها را اندازه‌گیری کنیم، چرا آمادگی سیستم ایمنی را پیشاپیش نخوانیم؟ این مطالعه آینده‌ای را نشان می‌دهد که در آن یک آزمایش خون سریع می‌تواند به پزشکان بگوید چه کسانی ممکن است به دوزهای بیشتر، پیگیری دقیق‌تر یا راهبردهای محافظتی جایگزین نیاز داشته باشند.

وضعیت سلامت فقط بخشی از تصویر را نشان می‌دهد. سن، ژنتیک، بیماری مزمن و درمان‌های سرکوب‌کننده ایمنی هم اهمیت دارند. اما این عوامل همه تفاوت‌ها را توضیح نمی‌دهند. در مطالعه دانشگاه ایالتی آریزونا، برخی افراد با شرایط تضعیف‌کننده سیستم ایمنی همچنان آنتی‌بادی‌های قوی در پاسخ به واکسن تولید کردند. در مقابل، حدود ۵ تا ۶ درصد از شرکت‌کنندگانی که ظاهرا سالم بودند، پاسخ ضعیفی داشتند. این ناهماهنگی نشان می‌داد عامل ظریف‌تر و پیچیده‌تری در کار است.

جاشوا لابائر مدیر مؤسسه بیودیزاین در دانشگاه ایالتی آریزونا و مرکز بیودیزاین ویرجینیا جی. پایپر برای تشخیص‌های شخصی‌سازی‌شده است. 

خواندن اثر انگشت سیستم ایمنی

روش کار گروه پژوهشی این‌گونه بود. آنها ۸٬۶۸۷ نمونه خون را که پیش و پس از واکسیناسیون کووید-۱۹ گرفته شده بود، تحلیل کردند. با استفاده از یک پنل گسترده شامل ۱۸۵ آنتی‌ژن، این آزمون آنتی‌بادی‌ها را نه فقط در برابر سارس-کوو-۲، بلکه در برابر ویروس‌های تنفسی رایج، باکتری‌ها و اهداف مرتبط با بیماری‌های خودایمنی نیز اندازه‌گیری کرد. این اندازه‌گیری‌ها یک اثر انگشت آنتی‌بادی می‌سازند، یعنی تصویری ترکیبی از برخوردهای ایمنی گذشته.

برخی آنتی‌بادی‌های منفرد به‌عنوان نگهبانان غیررسمی ظاهر شدند. افزایش سطح آنتی‌بادی‌ها علیه استافیلوکوکوس اورئوس و ویروس سین‌سیشیال تنفسی با پاسخ‌های قوی‌تر ناشی از واکسن همبستگی داشت. واژه نگهبان این ایده را بیان می‌کند: این آنتی‌بادی‌ها لزوما به آنتی‌ژن واکسن حمله نمی‌کنند. بلکه حضور آنها نشان می‌دهد بازوی تولیدکننده آنتی‌بادی در سیستم ایمنی تا چه اندازه برای واکنش آماده است.

سپس پژوهشگران یک مدل یادگیری عمیق را آموزش دادند تا الگوهای موجود در کل پنل را غربال کند. الگوریتم به جای تکیه بر یک یا دو نشانگر، ترکیب‌ها و روابط ظریف میان اندازه‌گیری‌های متعدد آنتی‌بادی را ارزیابی کرد. این مدل پروفایل‌های گسترده ایمنی را شناسایی کرد که افراد احتمالا دارای پاسخ قوی را از کسانی که در معرض خطر پاسخ ضعیف بودند، جدا می‌کرد.

جاشوا لابائر، که هدایت این تلاش را بر عهده داشت، می‌گوید: «تحلیل الگوهای گسترده زیست‌نشانگرها به ما راهی می‌دهد تا پیش از واکسیناسیون پیش‌بینی کنیم چه کسی پاسخ آنتی‌بادی قوی ایجاد خواهد کرد. این موضوع نشان می‌دهد برخی افراد در زمان ورود به فرایند واکسیناسیون، از نظر ایمنی آماده‌تر از دیگران هستند.»

چرا این موضوع برای طراحی واکسن و مراقبت درمانی مهم است

پروفایل‌سازی پیش‌بینانه آنتی‌بادی می‌تواند شیوه اجرای کارآزمایی‌های واکسن و ارائه واکسن در کلینیک را تغییر دهد. در حال حاضر، پزشکان با اندازه‌گیری آنتی‌بادی‌های اختصاصی واکسن پس از ایمن‌سازی، میزان محافظت را ارزیابی می‌کنند. این رویکرد واکنشی است. اما پروفایل پیش از واکسیناسیون، رویکردی پیش‌نگرانه دارد. چنین روشی می‌تواند افرادی را مشخص کند که از برنامه‌های دوزدهی تغییر‌یافته، اولویت در دریافت دوز یادآور یا درمان‌های کمکی برای تقویت پاسخ ایمنی سود می‌برند.

این رویکرد مزیت‌های عملی دارد. روش پیشنهادی به جای توالی‌یابی ژنتیکی، بر الگوهای آنتی‌بادی خون تکیه می‌کند و همین موضوع سازگار کردن آن با محیط‌های بالینی را ساده‌تر می‌سازد. آزمون‌های پرظرفیت هم‌اکنون وجود دارند که می‌توانند پاسخ‌های متعدد آنتی‌بادی را به صورت هم‌زمان اندازه‌گیری کنند. این پلتفرم‌ها در ترکیب با مدل‌های پیش‌بینی‌کننده می‌توانند در راهبردهای واکسیناسیون شخصی‌سازی‌شده ادغام شوند.

با این حال، احتیاط ضروری است. یافته‌ها باید در جمعیت‌های دیگر و در مورد واکسن‌های متفاوت تکرار و تأیید شوند. آنچه پاسخ به یک واکسن را پیش‌بینی می‌کند، ممکن است لزوما برای همه واکسن‌ها صدق نکند. همچنین مدل‌های پیچیده اگر با مجموعه‌داده‌های آموزشی متنوع ساخته نشده باشند، می‌توانند سوگیری‌ها را پنهان کنند. اعتبارسنجی در گروه‌های سنی، قومیت‌ها و وضعیت‌های سلامت گوناگون، میزان کاربرد بالینی این روش را تعیین خواهد کرد.

دیدگاه کارشناس

دکتر لیلا مورنو، ایمنی‌شناسی که در این مطالعه نقشی نداشته است، این‌گونه توضیح می‌دهد: «سیستم ایمنی را مانند چشم‌اندازی در نظر بگیرید که طوفان‌های پیشین به آن شکل داده‌اند. اثر انگشت آنتی‌بادی، نقشه آن چشم‌انداز است. وقتی پستی‌وبلندی‌های آن را بشناسیم، می‌توانیم پیش‌بینی کنیم آب‌وهوای تازه چگونه رفتار خواهد کرد. این پاسخ نهایی نیست، اما ابزاری قدرتمند برای تنظیم واکسیناسیون در سطح فردی است.»

گام بعدی چیست؟ مطالعات بزرگ‌تر باید بررسی کنند که آیا پروفایل‌های آنتی‌بادی نگهبان می‌توانند پاسخ به واکسن‌های آنفلوانزا، ویروس پاپیلومای انسانی یا سایر واکسن‌ها را نیز پیش‌بینی کنند یا نه. پژوهشگران همچنین بررسی خواهند کرد که عفونت‌های اخیر یا تغییرات میکروبیوم چگونه اثر انگشت‌های ایمنی را تغییر می‌دهند. فناوری نیز تکامل خواهد یافت. پنل‌های سرولوژی چندگانه و مدل‌های محاسباتی بهبودیافته می‌توانند مسیر رسیدن از نمونه خون به تصمیم بالینی را کوتاه‌تر کنند.

جمع‌بندی

پژوهش هدایت‌شده توسط دانشگاه ایالتی آریزونا پنجره‌ای عملی به سوی آمادگی سیستم ایمنی می‌گشاید. با نگاه کردن به سیستم ایمنی مانند بایگانی برخوردهای گذشته، دانشمندان می‌توانند سیگنال‌های پیش‌بینی‌کننده‌ای استخراج کنند که برای محافظت آینده اهمیت دارند. وعده این رویکرد، کاربردی و روشن است: راهبردهای واکسیناسیون هدفمندتر و روشی شفاف‌تر برای محافظت از افرادی که در غیر این صورت از دید نظام مراقبت جا می‌مانند. پرسش‌هایی همچنان باقی است. اما پیام اصلی روشن است. خون شما ممکن است چیزی فراتر از سابقه بیماری‌های گذشته را در خود داشته باشد. شاید در آن، پیش‌بینی نحوه پاسخ شما به واکسن بعدی نیز نهفته باشد.