l'"orologio dell'invecchiamento" rivela i processi di invecchiamento delle cellule immunitarie
Il team dell'HZI crea un modello informatico basato sull'intelligenza artificiale che visualizza per la prima volta l'invecchiamento a livello cellulare
Non solo il nostro corpo cambia con l'età, ma anche il nostro sistema immunitario. Il modo in cui le cellule immunitarie invecchiano esattamente e l'influenza che le infezioni e le vaccinazioni possono avere su questo aspetto è dimostrato da uno studio attuale, condotto dal Centro per la Medicina delle Infezioni Individualizzata (CiiM). Il CiiM è un'istituzione congiunta del Centro Helmholtz per la ricerca sulle infezioni (HZI) e della Hannover Medical School (MHH). Utilizzando un approccio basato sui big data, i ricercatori hanno creato un modello computerizzato chiamato "Single-Cell Immune Aging Clock", che può essere utilizzato per determinare i processi di invecchiamento all'interno delle singole cellule immunitarie. Gli scienziati stanno rendendo l'innovativo orologio dell'invecchiamento disponibile gratuitamente per ulteriori ricerche. Sperano che serva come strumento utile per comprendere meglio i processi di invecchiamento del sistema immunitario, in particolare in relazione alle malattie infettive e ai disturbi immunitari. Lo studio è stato pubblicato sulla rivista Nature Aging.
Con l'invecchiamento, anche il nostro sistema immunitario invecchia. Diventiamo più suscettibili alle infezioni, le vaccinazioni non funzionano più così bene e aumenta il rischio di sviluppare disturbi legati al sistema immunitario, come le malattie autoimmuni. "Per capire meglio come e dove cambia esattamente il sistema immunitario con l'età e quali fattori innescano o accelerano i processi di invecchiamento, dobbiamo concentrarci sugli attori del nostro sistema immunitario - le cellule immunitarie", afferma il Prof. Yang Li, capo del Dipartimento "Bioinformatica della Medicina Individualizzata" e direttore del CiiM.
La domanda che il team di Yang Li si è posto è stata: come si presenta il processo di invecchiamento all'interno dei diversi tipi di cellule immunitarie? Per il loro studio, gli scienziati hanno utilizzato migliaia di set di dati sul trascrittoma di cinque diversi tipi di cellule immunitarie provenienti da fonti di dati e letteratura liberamente accessibili. Il cosiddetto trascrittoma rappresenta l'insieme di tutti i geni attivi all'interno di una cellula in un determinato momento. In totale, i ricercatori hanno avuto accesso a set di dati di oltre due milioni di cellule immunitarie provenienti da campioni di sangue di circa 1000 persone sane di età compresa tra 18 e 97 anni. A partire da questi dati, hanno utilizzato l'apprendimento automatico per creare un modello computerizzato. Hanno chiamato questo modello "Single-Cell Immune Aging Clock".
"Siamo riusciti a identificare geni specifici per ogni tipo di cellula immunitaria che sono coinvolti in importanti processi immunologici e la cui attività cambia durante il processo di invecchiamento. Questi assumono il ruolo di geni marcatori per il rispettivo tipo di cellula immunitaria e servono come riferimento per la successiva applicazione del modello", spiega Yang Li. "Tra l'altro, i geni che abbiamo identificato svolgono un ruolo decisivo nello sviluppo dei processi infiammatori. È noto che i processi di invecchiamento sono particolarmente associati ai processi infiammatori. Con il nostro studio siamo riusciti a confermarlo ancora una volta".
Il team di ricerca ha poi applicato l'Aging Clock a due casi di studio utilizzando i dati dei pazienti. Volevano scoprire come un'infezione da COVID-19 o una vaccinazione contro la tubercolosi influissero sui processi di invecchiamento dei diversi tipi di cellule immunitarie. Nei pazienti con COVID-19, i processi di invecchiamento erano evidenti solo in un tipo di cellule immunitarie, i cosiddetti monociti. Tuttavia, l'invecchiamento era significativamente meno pronunciato nelle persone con un decorso lieve della malattia. "I nostri risultati indicano che le infezioni gravi possono far invecchiare più rapidamente le nostre cellule immunitarie", afferma Yang Li. "Ma - e questa è una buona notizia - questi cambiamenti sembrano essere reversibili: Dopo circa tre settimane, con il lento recupero dei pazienti COVID-19, i monociti iniziano a tornare al loro profilo di età originale".
Nel secondo caso di studio, i ricercatori hanno utilizzato l'orologio dell'invecchiamento per fare luce sull'età dei diversi tipi di cellule immunitarie nelle persone dopo una vaccinazione contro la tubercolosi. In questo caso, il team ha scoperto un'interessante correlazione: la vaccinazione ha avuto effetti molto diversi all'interno di un tipo di cellule immunitarie, le cosiddette cellule T CD8, a seconda del numero di processi infiammatori in corso nell'organismo. Tuttavia, nelle persone con alti livelli di infiammazione, la vaccinazione ha avuto un effetto ringiovanente sulle cellule immunitarie.
"L'orologio dell'invecchiamento immunitario a cellula singola apre per la prima volta prospettive incredibilmente interessanti sui processi di invecchiamento cellulare all'interno di diversi tipi di cellule immunitarie", afferma Yang Li. "È uno strumento potente che potrebbe essere utilizzato in futuro per scoprire ulteriori dinamiche dell'invecchiamento immunitario, per comprendere meglio gli effetti di infezioni e vaccinazioni e per sviluppare nuovi approcci per terapie e misure preventive che promuovano un invecchiamento sano".
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Pubblicazione originale
Wenchao Li, Zhenhua Zhang, Saumya Kumar, Javier Botey-Bataller, Martijn Zoodsma, Ali Ehsani, Qiuyao Zhan, Ahmed Alaswad, Liang Zhou, Inge Grondman, Valerie Koeken, Jian Yang, Gang Wang, Sonja Volland, Tania O. Crişan, Leo A. B. Joosten, Thomas Illig, Cheng-Jian Xu, Mihai G. Netea, Yang Li; "Single-cell immune aging clocks reveal inter-individual heterogeneity during infection and vaccination"; Nature Aging, 2025-3-5
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