Las vacunas previenen enfermedades graves en muchas personas, pero la protección inmunológica que generan puede variar considerablemente de una persona a otra. Los resultados de una nueva investigación dirigida por la Universidad Estatal de Arizona ofrecen pistas sobre qué podría estar detrás de estas diferencias.
Los anticuerpos en la sangre podrían revelar la respuesta a la vacuna
El sistema inmunitario podría dar indicios, incluso antes de la vacunación, de la intensidad con la que va a reaccionar. Investigadores de la ASU y de instituciones colaboradoras analizaron muestras de sangre de más de 4.000 personas y determinaron los anticuerpos que reconocían 185 antígenos. Entre estos objetivos inmunitarios se encontraban virus y bacterias comunes, así como objetivos relacionados con enfermedades autoinmunes. A continuación, se utilizó inteligencia artificial para buscar patrones en muestras de sangre tomadas antes y después de la vacunación contra la COVID-19. El análisis reveló patrones de anticuerpos que podrían ayudar a distinguir a las personas con una respuesta vacunal fuerte de aquellas con una respuesta más débil. Los resultados podrían contribuir, en última instancia, a desarrollar estrategias de vacunación más adaptadas al sistema inmunitario de cada individuo.
«Nuestro estudio ha revelado que determinados biomarcadores, cuando se analizan con IA, pueden predecir quién es probable que responda bien a una vacuna, incluso antes de que se administre. Esto sugiere que algunas personas podrían estar mejor preparadas inmunológicamente que otras», afirmó Joshua LaBaer, que dirigió el estudio. LaBaer es director ejecutivo del Biodesign Institute de la ASU y director del Virginia G. Piper Center for Personalized Diagnostics. En el proyecto también participaron investigadores de la ASU, así como socios colaboradores de instituciones médicas y de investigación de todo Estados Unidos. El estudio ha aparecido en el último número de la revista especializada Cell Press Blue .
Normalmente, los científicos evalúan la respuesta a la vacuna tras la vacunación, midiendo si el sistema inmunitario ha producido anticuerpos contra la molécula diana prevista. En este estudio, los investigadores abordaron el problema desde la perspectiva opuesta. Querían saber si los patrones inmunitarios ya presentes en la sangre podían proporcionar información sobre cómo reaccionaría una persona incluso antes de recibir la vacuna. Son muchos los factores que pueden influir en la respuesta a la vacuna, entre ellos la edad, el sexo, la genética, las enfermedades previas y las afecciones subyacentes. Las personas con enfermedades que afectan al sistema inmunitario suelen presentar reacciones más débiles. Sin embargo, los resultados de la vacunación pueden variar considerablemente incluso entre personas que pertenecen a la misma categoría de salud general. Los investigadores utilizaron uno de los primeros enfoques para estudiar una «huella» completa de anticuerpos, presente ya antes de la vacunación, como medida de la respuesta inmunitaria. Mientras que otras estrategias de predicción se basan en pruebas genéticas, este método analiza los patrones de anticuerpos en la sangre, lo que podría facilitar su aplicación en la práctica clínica.
El estado de salud por sí solo no dice nada sobre la respuesta
Para investigar si estas huellas de anticuerpos podrían indicar la respuesta a la vacuna, el equipo midió las reacciones inmunitarias frente a 185 antígenos. Entre los antígenos diana se encontraban el SARS-CoV-2, el virus responsable de la COVID-19, así como otros virus y bacterias muy extendidos y antígenos diana relacionados con enfermedades autoinmunes.
En total, los investigadores analizaron 8 687 muestras de 4 089 participantes. El grupo incluía a voluntarios sanos, así como a personas con enfermedades o tratamientos asociados a la inmunosupresión, entre ellos el VIH, el mieloma múltiple, los tumores malignos de órganos sólidos, las enfermedades autoinmunes, las enfermedades inflamatorias intestinales y los trasplantes de órganos sólidos.
En varios grupos inmunodeprimidos, la probabilidad de una respuesta reducida a la vacuna contra la COVID-19 fue mayor. Sin embargo, la mera clasificación de una persona en la categoría de «inmunodeprimida» o «sana» no permitía predecir de forma fiable el resultado. No obstante, algunos participantes con el sistema inmunitario debilitado desarrollaron reacciones intensas. Al mismo tiempo, entre el 5 % y el 6 % de los participantes sanos mostraron reacciones débiles a la vacuna.
Los anticuerpos «centinela» indican la preparación inmunológica
En el análisis destacaron especialmente determinados anticuerpos que ya estaban presentes en la sangre antes de la vacunación. Las concentraciones más elevadas de anticuerpos contra microbios comunes, entre ellosel Staphylococcus aureus, el VRS y el virus respiratorio humano tipo 3, se asociaron con reacciones más intensas a las vacunas contra la COVID-19. Los investigadores denominan a estos anticuerpos «anticuerpos centinela», ya que pueden servir como una especie de señal de alerta temprana de la preparación inmunológica subyacente de una persona. No se trata de que estos anticuerpos refuercen directamente la vacuna. Más bien, podrían proporcionar indicios sobre la capacidad de determinadas áreas del sistema inmunitario para responder a un nuevo estímulo incluso antes de la vacunación. Además, los anticuerpos reflejan la experiencia inmunológica individual de una persona, marcada por contactos previos con virus y bacterias.
Por ello, el equipo investigó también si el perfil completo de anticuerpos podría ser más significativo que los biomarcadores individuales. Para ello, un modelo de aprendizaje profundo analizó numerosos valores de anticuerpos simultáneamente y buscó patrones asociados a una respuesta vacunal fuerte o débil. Este enfoque podría resultar especialmente útil, ya que la respuesta inmunitaria está determinada por numerosos factores y por los antecedentes individuales. Los resultados apuntan a que lo decisivo no es un único anticuerpo, sino la interacción de numerosas señales inmunitarias. La IA podría ayudar a poner de manifiesto esos patrones complejos que serían difíciles de detectar con los métodos de análisis convencionales. Aún deben realizarse más estudios para determinar si estas firmas pueden extrapolarse de forma fiable a otras vacunas y grupos de población.
La IA analiza millones de señales inmunitarias
Los resultados ponen de manifiesto una ventaja potencial del uso de la IA en la investigación biomédica. Los sistemas de aprendizaje automático pueden analizar simultáneamente millones de puntos de datos biológicos y buscar relaciones sutiles que resultan difíciles de detectar con los métodos convencionales. Este enfoque puede resultar especialmente útil en el estudio del sistema inmunitario, ya que en él interactúan numerosos factores al mismo tiempo. La edad, las enfermedades previas, las infecciones y vacunas anteriores, así como la historia inmunológica individual, pueden influir en la forma en que el organismo reacciona a una vacuna.
En este caso, el modelo de aprendizaje profundo no solo analizó anticuerpos individuales, sino los patrones de todo el perfil de anticuerpos estudiado. De este modo, los investigadores pudieron observar que determinadas combinaciones de señales inmunitarias podrían revelar más sobre la respuesta vacunal posterior que un único biomarcador. Esto sugiere que el sistema inmunitario debería considerarse más bien como un todo interconectado. La IA no asume la decisión médica, sino que ayuda a los investigadores a detectar en grandes conjuntos de datos relaciones que, de otro modo, podrían pasarse por alto fácilmente.
La investigación pone de manifiesto, además, el potencial de las nuevas tecnologías que permiten medir simultáneamente numerosas reacciones de anticuerpos. En lugar de limitarse a comprobar si una persona posee anticuerpos contra un único patógeno, los investigadores pueden trazar un panorama inmunológico mucho más completo. Este refleja los numerosos contactos del sistema inmunitario con virus, bacterias y otros objetivos inmunitarios. En el futuro, este tipo de análisis a gran escala podrían ayudar a comprender mejor por qué las personas reaccionan de forma diferente ante una misma vacuna.
Hacia una vacunación más personalizada
Sin embargo, la aplicación de este tipo de análisis en la práctica médica se encuentra todavía en una fase inicial. Los patrones detectados deben verificarse primero en estudios adicionales. Si los resultados se confirman en futuros estudios y pueden extrapolarse a otras vacunas, este enfoque podría tener aplicaciones que vayan mucho más allá de la COVID-19. El análisis de los anticuerpos centinela podría ayudar a identificar, incluso antes de la vacunación, qué personas probablemente desarrollarán una respuesta inmunitaria fuerte y cuáles podrían desarrollar una más débil. Esto resultaría especialmente interesante para las personas mayores o aquellas con enfermedades y tratamientos que puedan afectar al sistema inmunitario. Al mismo tiempo, estos hallazgos podrían contribuir a la investigación y el desarrollo de vacunas, al proporcionar una mejor comprensión de cuáles son las condiciones biológicas que favorecen una inmunización eficaz.
A largo plazo, una prueba de este tipo podría proporcionar a los médicos información adicional para planificar las vacunaciones de forma más personalizada. En el caso de las personas con una respuesta inmunitaria previsiblemente débil, por ejemplo, podría ser conveniente realizar un seguimiento más exhaustivo de la reacción inmunitaria. También se podrían considerar de forma más específica dosis adicionales de vacuna u otras medidas de protección, siempre que estudios futuros demuestren que dichas estrategias aportan realmente un beneficio adicional. Por el contrario, las personas con una respuesta a la vacuna previsiblemente buena podrían no necesitar medidas adicionales. El objetivo no sería sustituir en principio las recomendaciones de vacunación existentes, sino complementarlas con información sobre el estado inmunológico individual.
El desarrollo de vacunas también podría beneficiarse de una mejor comprensión de estas diferencias. Si se conocieran las características del sistema inmunitario asociadas a una respuesta a la vacuna especialmente buena, los investigadores podrían estudiar de forma más específica cómo fomentar una reacción inmunitaria suficiente incluso en personas con una situación inicial más débil. Por lo tanto, estos hallazgos podrían ser relevantes no solo para determinar quién responde bien a una vacuna, sino también para decidir cómo se pueden utilizar o desarrollar las vacunas en el futuro, de modo que el mayor número posible de personas desarrolle una protección fiable.
Sin embargo, aún queda un largo camino por recorrer hasta su aplicación en la práctica médica. El estudio actual muestra, en primer lugar, que ya antes de la vacunación se pueden encontrar en la sangre indicios medibles de la futura respuesta inmunitaria. Ahora, otros estudios deberán aclarar hasta qué punto estas firmas son realmente fiables, si también funcionan con otras vacunas y si a partir de ellas se pueden derivar decisiones médicas concretas. Si se confirmara este enfoque, a largo plazo podría suponer un paso importante hacia una medicina de vacunación más personalizada, en la que se tenga más en cuenta no solo la vacuna, sino también la biología inmunológica individual de cada persona.