Машинное обучение показало, как меняется иммунный ответ при сепсисе

Исследователи составили карту изменений иммунного ответа у людей с сепсисом на разных этапах болезни.

Сепсис — тяжёлое, угрожающее жизни состояние, при котором нарушается иммунная реакция на инфекцию; оно может привести к повреждению жизненно важных органов и смерти даже при своевременном лечении. По оценкам, в мире регистрируется более 160 млн случаев сепсиса в год и около 21 млн смертей, связанных с этим состоянием.

Современная терапия при сепсисе в первую очередь направлена на устранение основной инфекции противомикробными средствами и на поддержание функций органов. Несмотря на попытки вмешательств, нацеленных на коррекцию нарушений иммунитета, пока не удалось добиться значимого улучшения исходов у пациентов в целом.

В новом исследовании, опубликованном сегодня в журнале Immunity, авторы попытались детализировать, какие аспекты иммунного ответа меняются во времени у госпитализированных пациентов с сепсисом.

Учёные проанализировали образцы крови, взятые в четыре разные точки между поступлением в отделение интенсивной терапии и выпиской пациентов госпиталя Guy's and St Thomas' NHS Foundation Trust. Чтобы получить более полное представление об иммунном ответе, они изучили несколько уровней данных: состав иммунных клеток, экспрессию генов и изменения в белковом профиле.

С помощью методов машинного обучения эти слои информации объединили и впервые получили интегрированный, более детализированный иммунный профиль пациентов с сепсисом.

Анализ выявил траекторию иммунного ответа, включающую три различных временных иммунных состояния (обозначенные как ИППП), которые чередуются между моментом госпитализации и стадией восстановления; каждое состояние характеризуется собственной активностью иммунных клеток и программами ответа.

Важно, что эти иммунные состояния не совпадали с клиническими стадиями сепсиса. Например, «раннее» иммунное состояние (STImS1) не равно «ранней» клинической стадии сепсиса, которую обычно отсчитывают с дня установления диагноза.

Авторы отмечают, что такие результаты могут иметь значение для подбора терапии и определения оптимального времени её начала: понимание того, в каком иммунном состоянии находится пациент, может повлиять на выбор методов лечения.

Исследование проводилось доктором Мэтью Фишем в рамках его докторской работы в Королевском колледже Лондона в лаборатории профессора Маню Шанкар-Хари; работу поддержала стипендия Национального института академической анестезии (BJA/RCoA). В настоящее время доктор Фиш работает научным сотрудником в Массачусетской общей больнице и продолжает изучать сепсис и иммунную систему.

В проекте также участвовали исследователи из Королевского колледжа Лондона, в том числе д-р Чад Свенсон, преподаватель Школы иммунологии и микробных наук, и профессор Мервин Сингер, профессор интенсивной терапии в Университетском колледже Лондона.

«Основная цель этой работы — показать, как меняется иммунный ответ на сепсис с течением времени. При госпитализации пациентов часто относят к «ранним» случаям, но их иммунная система может уже находиться на более поздней стадии ответа. Точное знание того, что происходит с иммунной системой конкретного пациента, поможет предсказать, какое лечение с наибольшей вероятностью будет эффективным», — говорит доктор Мэтью Фиш, ведущий автор исследования.

Профессор Ману Шанкар-Хари, старший автор статьи и специалист по критической медицине в Королевском колледже Лондона и клинике Guy's and St Thomas', отметил: «Это исследование подчёркивает важность изучения динамики иммунной системы при сепсисе, а не ограничения наблюдений одним «моментальным снимком». Только если мы интегрируем и картируем клеточные и молекулярные аспекты иммунобиологии во временной перспективе, можно понять, почему система, созданная для защиты от инфекций, даёт сбой при сепсисе, и начать разрабатывать более эффективные подходы к лечению».

Авторы указывают, что следующая цель — выяснить, какие факторы вызывают переходы между иммунными состояниями от начала инфекции к сепсису. Понимание этих механизмов может помочь выявить новые мишени для терапии и разработать подходы, снижающие вероятность прогрессирования или тяжесть сепсиса, с потенциалом улучшить исходы у миллионов людей, пострадавших от тяжёлых инфекций по всему миру.