Les vaccins préviennent les formes graves de la maladie chez de nombreuses personnes, mais la protection immunitaire qu’ils induisent peut varier considérablement d’une personne à l’autre. De nouvelles recherches menées sous la direction de l’Arizona State University fournissent des indices sur ce qui pourrait expliquer ces différences.
Les anticorps présents dans le sang pourraient révéler la réactivité à la vaccination
Le système immunitaire pourrait donner, avant même la vaccination, des indications sur l’intensité de sa réponse. Des chercheurs de l’ASU et d’institutions partenaires ont analysé des échantillons sanguins provenant de plus de 4 000 personnes et ont identifié les anticorps reconnaissant 185 antigènes. Parmi ces cibles immunitaires figuraient des virus et des bactéries courants, ainsi que des cibles associées à des maladies auto-immunes. L’intelligence artificielle a ensuite été utilisée pour rechercher des schémas récurrents dans des échantillons sanguins prélevés avant et après une vaccination contre la COVID-19. L’analyse a mis en évidence des signatures d’anticorps qui pourraient aider à distinguer les personnes présentant une forte réponse vaccinale de celles dont la réponse est plus faible. Ces résultats pourraient à terme contribuer à l’élaboration de stratégies de vaccination mieux adaptées au système immunitaire de chaque individu.
« Notre étude a montré que certains biomarqueurs, lorsqu’ils sont analysés à l’aide de l’IA, peuvent prédire qui est susceptible de bien répondre à un vaccin avant même qu’il ne soit administré. Cela suggère que certaines personnes pourraient être mieux préparées sur le plan immunologique que d’autres », a déclaré Joshua LaBaer, qui a dirigé l’étude. M. LaBaer est directeur général du Biodesign Institute de l’ASU et directeur du Virginia G. Piper Center for Personalized Diagnostics. Des chercheurs de l’ASU ainsi que des partenaires issus d’établissements médicaux et de recherche de tous les États-Unis ont également participé à ce projet. L’étude a été publiée dans le dernier numéro de la revue Cell Press Blue .
En règle générale, les scientifiques évaluent la réponse vaccinale après la vaccination en mesurant si le système immunitaire a produit des anticorps contre la molécule cible visée. Dans cette étude, les chercheurs ont abordé le problème sous un angle inverse. Ils souhaitaient savoir si les profils immunitaires déjà présents dans le sang pouvaient fournir des indications sur la façon dont une personne réagirait avant même de recevoir un vaccin. De nombreux facteurs peuvent influencer la réponse vaccinale, notamment l’âge, le sexe, la génétique, les antécédents médicaux et les maladies sous-jacentes. Les personnes atteintes de maladies affectant le système immunitaire présentent souvent des réactions plus faibles. Cependant, les résultats de la vaccination peuvent varier considérablement, même chez des personnes appartenant à la même catégorie de santé générale. Les chercheurs ont utilisé l’une des premières approches visant à étudier une « empreinte » complète d’anticorps, présente avant même la vaccination, comme indicateur de la réponse immunitaire. Alors que certaines autres stratégies de prédiction reposent sur des tests génétiques, cette méthode analyse les profils d’anticorps dans le sang, ce qui pourrait faciliter sa mise en œuvre dans la pratique clinique.
L’état de santé à lui seul ne dit rien sur la réponse
Afin de déterminer si ces empreintes d’anticorps pouvaient indiquer une réactivité à la vaccination, l’équipe a mesuré les réponses immunitaires à 185 antigènes. Parmi les antigènes cibles figuraient le SARS-CoV-2, le virus responsable de la COVID-19, ainsi que d’autres virus et bactéries très répandus et des antigènes cibles associés à des maladies auto-immunes.
Au total, les chercheurs ont analysé 8 687 échantillons provenant de 4 089 participants. Ce groupe comprenait des volontaires en bonne santé ainsi que des personnes souffrant de maladies ou suivant des traitements associés à une immunosuppression, notamment le VIH, le myélome multiple, les tumeurs malignes des organes solides, les maladies auto-immunes, les maladies inflammatoires chroniques de l’intestin et les greffes d’organes solides.
Plusieurs groupes immunodéprimés présentaient un risque accru de réponse réduite à la vaccination contre la COVID-19. Cependant, le simple fait de classer une personne dans la catégorie « immunodéprimée » ou « en bonne santé » ne permettait pas de prédire de manière fiable le résultat. Certains participants dont le système immunitaire était affaibli ont néanmoins développé des réactions fortes. Parallèlement, environ 5 % à 6 % des participants en bonne santé ont présenté de faibles réactions au vaccin.
Les anticorps « sentinelles » indiquent l’état de préparation immunitaire
Certains anticorps, déjà présents dans le sang avant la vaccination, se sont particulièrement démarqués dans l’analyse. Des concentrations plus élevées d’anticorps dirigés contre des microbes courants, notammentle Staphylococcus aureus, le VRS et le virus respiratoire humain de type 3, étaient associées à des réactions plus fortes aux vaccins contre la COVID-19. Les chercheurs qualifient ces anticorps d’« anticorps sentinelles », car ils peuvent servir de signal d’alerte précoce quant à la réactivité immunitaire sous-jacente d’une personne. Il ne s’agit pas ici de dire que ces anticorps renforcent directement l’efficacité du vaccin. Ils pourraient plutôt fournir des indications sur la capacité de certaines parties du système immunitaire à réagir à un nouvel stimulus avant même la vaccination. Ces anticorps reflètent également l’expérience immunitaire individuelle d’une personne, façonnée par des contacts antérieurs avec des virus et des bactéries.
L’équipe a donc également cherché à déterminer si l’empreinte complète des anticorps pouvait être plus significative que des biomarqueurs isolés. Pour ce faire, un modèle d’apprentissage profond a analysé simultanément de nombreuses valeurs d’anticorps et recherché des schémas associés à une réponse vaccinale forte ou faible. Cette approche pourrait s’avérer particulièrement utile, car la réponse immunitaire est influencée par de nombreux facteurs et par les antécédents individuels. Les résultats suggèrent que ce n’est pas un anticorps isolé qui est déterminant, mais l’interaction de nombreux signaux immunitaires. L’IA pourrait aider à mettre en évidence ces schémas complexes, difficiles à détecter avec les méthodes d’analyse traditionnelles. D’autres études devront encore montrer si ces signatures peuvent être transposées de manière fiable à d’autres vaccins et à d’autres groupes de population.
L’IA passe au crible des millions de signaux immunitaires
Ces résultats mettent en évidence un avantage potentiel de l’utilisation de l’IA dans la recherche biomédicale. Les systèmes d’apprentissage automatique peuvent analyser simultanément des millions de points de données biologiques et rechercher des corrélations subtiles, difficiles à détecter avec les méthodes traditionnelles. Cette approche peut s’avérer particulièrement utile dans l’étude du système immunitaire, car de nombreux facteurs interagissent simultanément. L’âge, les antécédents médicaux, les infections et vaccinations antérieures, ainsi que l’historique immunitaire individuel, peuvent influencer la manière dont l’organisme réagit à un vaccin.
Dans ce cas précis, le modèle d’apprentissage profond n’a pas seulement analysé des anticorps individuels, mais les tendances de l’ensemble du profil d’anticorps étudié. Cela a permis aux chercheurs de constater que certaines combinaisons de signaux immunitaires pourraient en révéler davantage sur la réponse vaccinale ultérieure qu’un seul biomarqueur. Cela suggère que le système immunitaire devrait plutôt être considéré comme un tout interconnecté. L’IA ne prend pas ici la décision médicale à la place du médecin, mais aide les chercheurs à détecter, au sein de vastes ensembles de données, des corrélations qui pourraient autrement passer inaperçues.
Cette recherche met également en évidence le potentiel des technologies récentes permettant de mesurer simultanément de nombreuses réactions anticorps. Au lieu de se contenter de vérifier si une personne possède des anticorps contre un seul agent pathogène, les chercheurs peuvent dresser un profil immunitaire nettement plus complet. Celui-ci reflète les nombreux contacts du système immunitaire avec des virus, des bactéries et d’autres cibles immunitaires. À l’avenir, de telles analyses à grande échelle pourraient aider à mieux comprendre pourquoi les personnes réagissent différemment à un même vaccin.
Vers une vaccination plus personnalisée
L’application d’une telle analyse dans la pratique médicale n’en est toutefois qu’à ses débuts. Les schémas mis en évidence doivent d’abord être validés par d’autres études. Si les résultats se confirment dans de futures études et s’ils peuvent être transposés à d’autres vaccins, cette approche pourrait trouver des applications bien au-delà de la COVID-19. L’analyse des anticorps sentinelles pourrait permettre d’identifier, avant même la vaccination, les personnes susceptibles de développer une réponse immunitaire forte et celles qui pourraient développer une réponse plus faible. Cela serait particulièrement intéressant pour les personnes âgées ou celles souffrant de maladies et suivant des traitements susceptibles d’affaiblir le système immunitaire. Parallèlement, ces résultats pourraient soutenir la recherche et le développement de vaccins en permettant de mieux comprendre quelles conditions biologiques favorisent une immunisation réussie.
À long terme, un tel test pourrait fournir aux médecins des informations supplémentaires leur permettant de planifier les vaccinations de manière plus personnalisée. Chez les personnes chez lesquelles on peut s’attendre à une faible réponse immunitaire, par exemple, un suivi plus étroit de la réaction immunitaire pourrait s’avérer utile. Des doses supplémentaires de vaccin ou d’autres mesures de protection pourraient également être envisagées de manière plus ciblée, à condition que de futures études démontrent que de telles stratégies apportent effectivement un bénéfice supplémentaire. À l’inverse, les personnes chez lesquelles on prévoit une bonne réponse vaccinale pourraient éventuellement se passer de mesures supplémentaires. L’objectif ne serait pas de remplacer systématiquement les recommandations vaccinales existantes, mais de les compléter par des informations sur le statut immunitaire individuel.
Le développement des vaccins pourrait également bénéficier d’une meilleure compréhension de ces différences. Si l’on savait quelles caractéristiques du système immunitaire sont associées à une réponse vaccinale particulièrement bonne, les chercheurs pourraient étudier de manière plus ciblée comment favoriser une réaction immunitaire suffisante, même chez les personnes présentant un état initial plus fragile. Ces résultats pourraient donc s’avérer pertinents non seulement pour déterminer qui réagit bien à un vaccin, mais aussi pour définir comment les vaccins pourront à l’avenir être utilisés ou développés de manière à ce que le plus grand nombre possible de personnes acquièrent une protection fiable.
Il reste toutefois un long chemin à parcourir avant une application dans la pratique médicale. L’étude actuelle montre tout d’abord qu’il est possible de détecter dans le sang, avant même la vaccination, des indices mesurables de la future réponse immunitaire. D’autres études doivent désormais déterminer dans quelle mesure ces signatures sont réellement fiables, si elles s’appliquent également à d’autres vaccins et si elles permettent de prendre des décisions médicales concrètes. Si cette approche se confirme, elle pourrait constituer à long terme une avancée majeure vers une médecine vaccinale plus personnalisée, qui tiendrait davantage compte non seulement du vaccin, mais aussi de la biologie immunitaire individuelle de chaque personne.