UN Médecine naturelle article de revue perspective décrit le potentiel des atlas cellulaires pour façonner l’avenir de la médecine. Fournissant le chaînon manquant entre les gènes et les maladies, les atlas unicellulaires permettent de développer des outils de diagnostic plus précis et spécifiques en comprenant les mécanismes de maladies complexes.
Étude : Impact de l’Atlas des cellules humaines sur la médecine. Crédit d’image : Giovanni Cancemi/Shutterstock
Arrière plan
Une connaissance approfondie des types de cellules, de leurs réseaux internes et de la dynamique des interactions cellule-cellule dans la santé et la maladie est essentielle pour comprendre la pathogenèse de la maladie et découvrir de nouvelles thérapies.
L’initiative International Human Cell Atlas (HCA) a considérablement contribué au domaine de la médecine en surmontant les défis logistiques et techniques de la cartographie des cellules humaines. Dans les cinq ans suivant sa création, la HCA a fourni d’énormes quantités d’informations très pertinentes sur la santé humaine.
La communauté a contribué de manière significative au cours de la pandémie de maladie à coronavirus 2019 (COVID-19) en cours en fournissant des informations précoces sur la sensibilité des cellules à l’infection et les conséquences cliniques de l’infection dans le corps.
Atlas cellulaire en biologie des maladies
Les variations génétiques entre différents types de cellules contribuent de manière décisive au risque de développer des maladies complexes rares et courantes. Des études d’association à l’échelle du génome (GWAS) et des études d’association à l’échelle du phénome ont montré que les facteurs génétiques associés à une maladie sont souvent présents dans des régions non codantes, ce qui rend difficile leur connexion au gène codant pour la protéine affectée.
À l’aide d’atlas de tissus sains, de nouveaux gènes pathogènes ont été identifiés dans des types cellulaires exprimés uniquement dans les tissus sains. Par exemple, des atlas cellulaires de la trachée ont découvert des ionocytes pulmonaires, un type cellulaire rare et nouveau exprimant le gène causal principal (CFTR) de la mucoviscidose.
Les atlas sains et pathologiques de tissus spécifiques ont permis de connecter des gènes pathologiques à des sous-ensembles cellulaires spécifiques dans diverses maladies inflammatoires, auto-immunes, respiratoires et neurodégénératives.
Dans la rectocolite hémorragique, l’intégration des informations dérivées du GWAS aux données de l’atlas unicellulaire a permis d’identifier les principaux types de cellules exprimant des gènes liés à la maladie. En plus d’identifier les gènes à risque individuels, les atlas cellulaires aident à interpréter les fonctions des gènes, à prédire les processus causaux et à relier des maladies génétiquement distinctes avec des morbidités similaires.
Les changements cellulaires intrinsèques et extrinsèques jouent un rôle vital dans la pathogenèse de la maladie. À l’aide d’atlas cellulaires à haute résolution, il est désormais possible de distinguer avec précision et sensibilité les états sains des états pathologiques.
Dans la maladie de Crohn, la comparaison de la composition cellulaire de l’iléon atteint avec l’atlas de référence sain a conduit à l’identification d’une communauté multicellulaire unique de cellules immunitaires et stromales, prédictive d’une absence de réponse thérapeutique anti-TNF.
Les atlas génomiques unicellulaires et spatiaux ont contribué de manière significative à la biologie du cancer humain. Par exemple, la comparaison des cellules cancéreuses et du microenvironnement avec des cellules saines a permis de mieux comprendre la complexité biologique et l’hétérogénéité des tumeurs solides.
Les atlas cartographiant les cellules cancéreuses ont également permis de découvrir les mécanismes de transformation néoplasique et de résistance aux médicaments et d’identifier de nouvelles cibles pour des interventions thérapeutiques.
Atlas cellulaires dans le diagnostic et le traitement des maladies
Les atlas de référence sains, les atlas de maladies, les techniques de laboratoire et les programmes informatiques ont ouvert une nouvelle voie vers le développement de tests de diagnostic plus avancés avec une résolution plus élevée et une portée moléculaire plus large.
Les atlas cellulaires humains riches et en croissance couvrent actuellement des milliers d’individus et des millions de cellules. De plus, des atlas de cellules mononucléaires du sang périphérique issues de diverses maladies et de cellules immunitaires de divers tissus sont désormais disponibles. Une référence aussi vaste peut être utilisée pour développer de nouveaux diagnostics ainsi que pour mieux interpréter les résultats au niveau individuel.
En utilisant le profilage unicellulaire des cellules immunitaires sanguines, les corrélats sanguins de la réponse anti-PD1 dans les tumeurs ont été identifiés. En histopathologie, les données de profilage unicellulaire et spatiale peuvent être appliquées avec des colorations tissulaires standard pour combiner l’analyse génomique et histologique.
Les atlas cellulaires peuvent également fournir les informations nécessaires pour déterminer la réponse thérapeutique au niveau individuel et prédire les toxicités ciblées. Un atlas des cellules saines est particulièrement efficace pour prédire le risque de toxicités ciblées pour les traitements moléculaires et cellulaires. Par exemple, la neurotoxicité des lymphocytes T récepteurs antigéniques chimériques ciblant CD19 peut être prédite par l’expression de CD19 dans les cellules murales, les cellules musculaires lisses vasculaires et les péricytes de la barrière hémato-encéphalique.
Les atlas de référence sains et la génomique unicellulaire et spatiale ont également contribué de manière significative au domaine de l’administration de médicaments moléculaires, de la médecine régénérative et de la thérapie cellulaire.
