L'ARN est expulsé des cellules par mort cellulaire ou libération active, et peut ensuite se retrouver dans le plasma sanguin. Une collaboration dirigée par l'Université Cornell a développé des modèles d'apprentissage automatique qui utilisent ces résidus d'ARN moléculaire acellulaire pour diagnostiquer des maladies inflammatoires pédiatriques difficiles à différencier.
L'outil de diagnostic peut déterminer avec précision si un patient est atteint de la maladie de Kawasaki (MK), du syndrome inflammatoire multisystémique chez l'enfant (SMI-C), d'une infection virale ou d'une infection bactérienne, tout en surveillant simultanément la santé des organes du patient.
Les maladies inflammatoires constituent une menace particulière pour les enfants car les symptômes – comme la fièvre et les éruptions cutanées – sont génériques et les patients sont souvent mal diagnostiqués. S’il n’est pas correctement traité, le MIS-C peut provoquer un gonflement du cœur, des poumons, du cerveau et d’autres organes. De même, la maladie de Kawasaki – principale cause de maladie cardiaque acquise chez les enfants – peut entraîner des anévrismes cardiaques et une crise cardiaque. Un test basé sur l’ARN acellulaire serait le premier outil de diagnostic moléculaire que les cliniciens pourraient utiliser pour détecter ces maladies inflammatoires à un stade précoce crucial chez les enfants.
Le document de l'équipe publié dans Actes de l'Académie nationale des sciencesL'équipe de Cornell était dirigée par Iwijn De Vlaminck, professeur associé d'ingénierie biomédicale et co-auteur principal de l'article. L'auteur principal est Conor Loy, actuellement boursier Ignite pour New Ventures.
Ces résultats sont le fruit d’une collaboration qui a débuté il y a quatre ans et qui a utilisé le séquençage de nouvelle génération pour caractériser les cas graves de COVID-19 et de MIS-C chez les enfants, qui ont connu une forte augmentation pendant la pandémie. Au départ, De Vlaminck et Loy se concentraient sur le potentiel de l’ADN acellulaire pour étudier ces maladies, mais ils se sont de plus en plus intéressés à l’ARN acellulaire, en raison de la richesse des informations qu’il fournit. Bien que l’ARN acellulaire se soit avéré être un biomarqueur efficace pour la grossesse et le cancer, il n’est pas aussi bien étudié que l’ADN acellulaire.
Lorsque vous analysez l'ARN dans le plasma, vous observez l'ARN des cellules mourantes, ainsi que l'ARN libéré par les cellules n'importe où dans le corps. Cela vous donne un énorme avantage. Dans les états inflammatoires, la mort cellulaire est importante. Dans certains cas, les cellules explosent et leur ARN est libéré dans le plasma. En isolant cet ARN et en le séquençant, nous pouvons découvrir des biomarqueurs de la maladie et remonter à la source de l'ARN pour mesurer la mort cellulaire. »
Conor Loy, auteur principal
Les collaborateurs ont étudié 370 échantillons de plasma de patients pédiatriques atteints de diverses maladies inflammatoires. L’équipe a converti l’ARN en ADN, puis a procédé au séquençage de l’ADN qui a analysé les régions codantes des protéines du génome. Loy a passé un an à expérimenter des algorithmes d’apprentissage automatique pour trouver des signatures de maladies dans les échantillons, créant ainsi un pipeline de différents outils pour donner un sens à l’ARN acellulaire.
Au-delà du développement d’un modèle précis pour le diagnostic, les chercheurs ont également démontré que le séquençage de l’ARN acellulaire peut être utilisé pour quantifier les lésions de tissus et d’organes spécifiques, notamment le foie, le cœur, l’endothélium, le système nerveux et les voies respiratoires supérieures.
« Je pense qu’une grande partie de la nouveauté et de l’innovation technique, de l’ingénierie, réside dans l’analyse des données », a déclaré De Vlaminck. « Nous sommes capables de quantifier la quantité d’ARN provenant de différents organes. Quelle quantité provient du foie ou des cellules épithéliales du système vasculaire. En quantifiant les sources, nous pouvons également en apprendre davantage sur les processus de lésion qui sont probablement liés au système immunitaire mais qui se produisent dans les tissus vascularisés. »
La recherche a été soutenue par l’Institut national de la santé infantile et du développement humain du NIH.
