Sky-Mapping天文算法满足病理学以鉴定癌症免疫疗法的预测生物标志物

astropath.

ASTROPTH平台允许评估给定标记对单个细胞的表达水平,同时保持关于其空间位置的信息。显示在这里是黑色素瘤组织部分。PD-L1表达式以红色和PD-1表示为蓝色。峰的高度表示表达水平。信贷:Seyoun Park,Ph.D.

与癌症活检的先进免疫荧光成像进行配对,研究人员在约翰霍普金斯大学的高级基因组学和成像中的研究人员和彭博·癌症免疫疗法,通过预测预测哪种癌症将响应,引导免疫疗法的强大平台对靶向免疫系统的特定疗法。

一种新平台,称为Astropath,融化了天文图像分析和用病理学标本进行分析肿瘤的微观图像。

使用具有荧光标签的抗体的免疫荧光成像使研究人员能够同时可视化多个细胞蛋白并确定其表达的图案和强度。应用Astrovath,研究人员研究了黑色素瘤,一种侵略性的皮肤癌。它们通过在肿瘤质量内和周围的癌细胞中和周围的癌细胞中进行检查,并确定包含六种标记的复合生物标志物,并且高度预测对抗PD的特定类型的免疫疗法的反应高度预测的复合生物标志物-1疗法。

PD-1(编程的细胞死亡1)是在免疫系统T细胞上发现的蛋白质,当与称为PD-L1(编程死亡配体)的另一种蛋白质结合时,有助于通过免疫系统逃避癌细胞。抗PD-1药物阻断PD-1蛋白,可以帮助免疫系统见并杀死癌细胞。研究人员解释说,只有一些患有黑色素瘤的抗PD-1治疗患者,以及预测响应或抗性的能力至关重要。Astropath平台也正在应用于肺癌研究,并且可能为许多其他癌症提供治疗指导。The research team was led by Janis Taube, M.D., M.Sc., professor of dermatology and co-director of the Tumor Microenvironment Laboratory at the Bloomberg~Kimmel Institute, and Alexander Szalay, Ph.D., director of the Institute for Data Intensive Engineering and Science (IDIES) at Johns Hopkins University.

“这个平台有可能改变肿瘤学家如何提供癌症免疫疗法的潜力,”彭博癌症免疫疗法兼癌症学会主任博乐·普德尔博士说。“在过去的40年中,癌症的病理学分析一次检查了一个标记,这提供了有限的信息。利用新技术,包括仪器以同时以最多12个标记图像,Astropath成像算法提供1,000次来自单个活检的信息内容,而不是目前通过常规病理学可用。这有利于精确的癌症免疫治疗 - 鉴定每位患者癌症的独特特征,以预测谁将对给定的免疫疗法进行响应,例如反PD-1,谁不会。在这样做时,它还将诊断病理从UliParameter进行了诊断,以便多原体测定法。“

该研究将于2021年6月11日在杂志上发布科学

Astropath平台的基础是图像分析技术,为Sloan Digital Sky调查创建了数据库,由Astrophysicist Szalay成立的宇宙的大型数字式地图,约翰霍普金斯大学彭博卓着的物理学和天文学和计算机科学教授。天空调查“缝合”数百万伸缩图像的数十亿个天体,每个目的是明显的签名 - 就像用于染色肿瘤活检的抗体上的不同荧光标签一样。使用大型专用计算机来处理万亿像素的成像数据,这些对象的位置和圣洁物理存储在大开放数据库上。该数据库用于量化宇宙中恒星,Quasars,星云和星系的光谱特性和空间排列。

正如Sloan调查的那样,在Atroricical Scale上绘制了宇宙,在Johns Hopkins University医学院皮肤病学系皮肤病学主任,与Szalay一起使用,以在微观尺度上映射肿瘤和免疫细胞。

Astropath使用来自Akoya Biosciences的多重免疫荧光(MIF)技术 - 标记对不同颜色的荧光分子的每个感兴趣的蛋白质 - 以量化肿瘤微环境(TME)的许多细胞和分子特征。Astropath的天体对象映射算法分析MIF成像和“针脚”在一起多个荧光图像“字段”产生的数百万个细胞的巨大数据集。这在具有单细胞分辨率上安装在微细载玻片上的整个组织部分的TME的二维多色视觉贴图产生,并且使研究人员能够详细了解肿瘤细胞与周围组织相互作用的方式和位置免疫系统。它使得可以放大和缩小以查看单个细胞的空间特征以及各个细胞的不同标记的表达的组合,最后,这些标记的表达强度。

“肿瘤内不同类型细胞的空间布置很重要,”Taube说。“细胞基于直接触点以及本地分泌的因素给出彼此的GO / NO-GO信号。量化表达特定蛋白质的细胞之间的近似性有可能揭示这些地理相互作用是否可能发生转发,并且有什么相互作用可能是抑制免疫细胞杀死肿瘤的原因。“

“在天文学中,我们经常问,”星系彼此靠近的可能性是什么?“”Szalay说。“我们对肿瘤微环境中的空间关系施加相同的癌症方法。这是一个巨大的尺度相同的问题。“

在目前的研究中,研究人员使用了Astropath平台,以表征PD-1和PD-L1表达在癌细胞和来自晚期黑色素瘤的肿瘤标本中的免疫细胞表达,随后接受抗PD-1免疫疗法。它们还可以不同类型的免疫细胞 - CD8,CD163和Foxp3表示,其表达了三种额外的蛋白质 - 最后是肿瘤细胞本身的标志物,SOX10 / S100。

该团队发现,这些标志物表达的特定模式和强度在肿瘤中的特定细胞上可能强烈预测抗PD-1治疗后哪些患者会响应和存活。

“大数据正在改变科学。Szalay说,有来自天文学到地脉学科的天文学的应用。“数据密集型科学发现是一种新的范式。我们面临的技术挑战是如何在尺度收集数据时获得一致,可重复的结果?Astropath是建立普遍标准的一步。“

“下一个重要的步骤。我们需要多制度研究,表明这些测试可以标准化,其次是一项前瞻性临床试验,将Astropath的下一代诊断潜力带来患者护理,“Taube说。除了开发新的伴侣诊断外,团队的长期目标还包括建立肿瘤免疫图的开源地图集,类似于国家癌症学院的癌症基因组地图集。

“从天文学的高级映射技术的应用有可能识别预测生物​​标志物,这些生物标志物将有助于医生为个体癌症患者设计精确的免疫治疗治疗,”癌症研究标志基金会首席执行官Michele Cleary说。“这些早期的结果是令人兴奋和验证这种方法,我们在癌症研究的标志基础上很自豪能够支持这种危险的科学。”

参考:2021年6月11日,科学
DOI:10.1126 / science.aba2609

参加该研究的其他人包括Sneha Berry,Benjamin F. Green,Elizabeth Engle,Haiing Xu,Aleksandra Ogurtsova,Seyoun Park,Elizabeth M. Jaffee,Leslie Cope,Evan J. Lipson,Ludmila Danilova,Rodert A. Ander A. Anders和Drew M.彭博〜kimmel癌症免疫疗法研究所和约翰霍普金斯大学的高级基因组和成像标记中心;Nicolas A. Giraldo,TriCia R.Cottrell,朱莉E. Stein,Qingfeng Zhu,Alexander Baras,Angelo Demarzo,Peter Nguyen,Charles Roberts,Daphne Wang,Sigfredo Soto-Diaz,Jose Loyola,Inbal B.桑德勒,丹尼尔签名者C. Sunshine和Suzanne L. Topigan,Kimmel Cancer Center和Bloomberg〜Kimmel癌症免疫疗法,约翰霍普金斯大学医学院;JoSua Doyle,Richard Wilton,Jeffrey S. Roskes和Johns Hopkins大学数据密集工程和科学研究所的玛格丽特eminizer;和Pok Fai Wong,Shlomit Jessel,Harriet Kluger和David Rimm的耶鲁医学院。

该研究得到了癌症研究标志基金会的资金支持;彭博〜Kimmel癌症免疫疗法;黑色素瘤研究联盟;哈里J. Lloyd慈善信托;艾默生集体;搬到特拉华州的黑色素瘤;巴尼家庭基金会;Laverna哈恩慈善信托;布里斯托尔迈尔斯Squibb;Sidney Kimmel Cancer Center Core Grant P30 CA006973; National Cancer Institute R01 CA142779; National Institutes of Health T32 CA193145 and P50 CA062924.

Bristol Myers Squibb部分提供新闻稿中描述的研究中描述的研究资金和材料。本新闻稿中描述的研究的设备和试剂部分由Akoya Biosciences部分提供。博士。Janis Taube和Evan Lipson是Bristol Myers Squibb的顾问和咨询委员会成员。Robert Anders博士是Bristol Myers Squibb的顾问。博士。Taube和Alexander Szalay是Akoya Biosciences的顾问。博士。Taube和Szalay还在Akoya Biosciences咨询委员会担任Akoya Biosciences股票。与MIF / IHC图像的图像处理有关挂起的专利。 These arrangements has been reviewed and approved by the Johns Hopkins University in accordance with its conflict of interest policies.

额外的资助者:Laverna Hahn慈善信托;布里斯托尔迈尔斯Squibb;西德尼金梅尔癌症中心;国家癌症研究所;国立卫生研究院

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