טכנולוגיה שפותחה בפקולטה לרפואה של הטכניון בחיפה בשיתוף חוקרים בתחום הביוכימיה והאימונולוגיה המערכתית בגרמניה ומערכות מידע, IT, מארה"ב, תספק לחוקרים כלים חדשניים להבנה מעמיקה יותר של המערכת החיסונית בבריאות ובחולי. מאמר על הפיתוח התפרסם שלשום (ב') ב-Nature Biotechnology.

המחברת הראשונה של המאמר, שעליו חתומים 15 משתתפי הפרויקט, ומי שהובילה את המחקר היא הדוקטורנטית קסניה קוולר מהפקולטה לרפואה, בהנחיית פרופ'-משנה שי שן-אור.

בעידן המודרני, הדגישו מחברי המאמר, התקדמה הרפואה במהירות מסחררת. על כך אין מחלוקת. תוחלת החיים הוכפלה בין אמצע המאה ה-19 לסוף המאה ה-20, החיסונים צמצמו באופן דרמטי את שיעורי התמותה בקרב תינוקות וילדים. בשני העשורים האחרונים נכנסו לפרקטיקה הרפואית טכנולוגיות חדשניות המשפרות באופן ניכר את יכולת הרופאים לטפל במחלות, בייחוד בסרטן, בעזרת מניפולציה במערכת החיסונית של החולה המטופל.

"עם זאת", ציין פרופ'-משנה שן-אור, "המערכת החיסונית היא כידוע מכלול מורכב מאוד. לכן, ניתוח והפעלה ממוקדת שלה הם אתגר מסובך. בעשור האחרון פותח כלים חדשניים למדידה מדויקת של הפרמטרים השונים במערכת החיסונית. הכלים האלה מזרימים מידע עצום ולכן האתגר הנוכחי, בו מתמקד המאמר, הוא ניתוחו של אותו מידע.

"חוקרים ורופאים", הדגיש פרופ'-משנה שן אור, "מנוסים ומצוינים ככל שיהיו, מתמחים בזווית צרה של המכלול הרפואי. בהיותם בני אנוש, לא יכולה להיות להם ראייה מערכתית המבוססת על מיליוני מחקרים ומאמרים, מה גם שקצב הפרסומים המדעיים בתחום החיסון הוא אדיר: מאמר חדש בכל חצי שעה. אבל את מה שהרופא והחוקר האנושיים אינם מסוגלים לעשות, אנחנו מציעים כעת באמצעות immuneXpresso  - מודל ממוחשב של המערכת החיסונית. המודל הזה מקנה לנו לראשונה מבט מרתק על המערכת בכללותה, הבנה טובה יותר של הידע הקיים ומגבלותיו, אוטומציה של פרשנות הנתונים ויצירה שיטתית של היפותזות חדשות".

איור במבט על: מיפוי התקשורת הבין-תאית, המבוצעת על ידי ציטוקנים, בין תאי מערכת החיסון

בפרויקט זה פותחה מערכת עיבוד שפה הסורקת את כלל הספרות המדעית במדעי החיים. על סמך המידע שהיא אוספת, היא יוצרת תמונה גלובלית של רשת האינטראקציות בין תאי המערכת החיסונית בגוף האדם. הדבר נעשה ברזולוציה גבוהה ותוך התייחסות לאלפי מחלות.

"המערכת שפותחה אצלנו", הוסיף פרופ'-משנה שן-אור, "היא לדעתנו צעד דרמטי בדרך להבנה החיסונית (immune-centric view) של מחלות. המערכת החיסונית ממלאת תפקיד קריטי במאבק במחלות ובשמירה על בריאות האדם. היא מהווה מעין מערכת חישה המנטרת את הסביבה החיצונית והפנימית ומגיבה לשינויים החלים בהן. הבעיה היא שלעתים היא כושלת או יוצרת אינטראקציות מזיקות עם תאים אחרים בגוף. כדי לייעל את הטיפול הרפואי, יש 'לפתוח את הקופסה השחורה' של המערכת החיסונית ולהבין איך היא עובדת".

כאן נכנסת לתמונה immuneXpresso. זוהי תוכנה הסורקת במאגר PubMed מיליוני מאמרים – 16 מיליון עד כה.

המחקר מתמקד ב"ציטוקינים" - מולקולות של חלבוני התקשורת המאפשרים לתאי המערכת החיסונית לשלוח מסרים בין תאים ובין רקמות, דרך זרם הדם. באמצעות הטכנולוגיה החדשה יצר הצוות מפה ממוחשבת ומפורטת של הקשרים בין 340 סוגי תאים ל-140 סוגי ציטוקינים באלפי מחלות. זהו מסד נתונים ראשון מסוגו וחסר תקדים מבחינת היקף ורזולוציה. מהלך זה מספק אפיון גלובלי של רשת האינטראקציות הבין-תאיות במערכת החיסונית ושל תבניות צבירת ידע מדעי, לאורך זמן.

לצד ניתוח ומיפוי של גורמים ידועים, הגישה האנליטית המתוארת במאמר אפשרה ניבוי של מאות אינטראקציות ביולוגיות חדשות, שלא זוהו ולא פורסמו עד כה. יתר על כן, הדגישו מחברי המאמר, לראשונה בהיסטוריה מיפו חוקרים את הפרופילים החיסוניים של מחלות שונות והצליחו לקבץ את המחלות על פי דמיון בין "מפות-מחלה", המציגות את הקשרים שבין מצב רפואי לבין המצב החיסוני.

"מקבצים" מהווים מפת דרכים ייחודית לצורך התמצאות בליקויים בתפקודי המערכת החיסונית במצבי מחלה שונים. הדבר יאפשר לייעד טיפולים תרופתיים קיימים, למחלות נוספות שאותם טיפולים יוכלו למנוע או לבלום.

פרופ'-משנה שן-אור: "כדי לתרגם את המידע הזה לרפואה אישית, נחבר אותו בעתיד לפרופיל החיסוני של המטופל הספציפי. זאת, מתוך הבנה שהמערכת החיסונית משתנה מאדם לאדם ואפילו באותו אדם, על ציר הזמן. לכן, אם רק נדע לנטר את המערכת הזאת, כפי שאנחנו מנטרים כיום לדוגמה את פעילות הלב, נוכל לבצע התערבות רפואית אישית, מדויקת ומבוססת מידע".

לפני יותר מעשור, בפוסט-דוקטורט שלו בסטנפורד, חקר פרופ'-משנה שן-אור את השונות במערכות חיסוניות של בני אדם. "זאת היתה הפעם הראשונה", סיפר, "שניתחתי נתונים שהתקבלו מניטור של מערכות חיסוניות וגיליתי הבדלים בתפקודם של 8 ציטוקינים אצל אדם מבוגר, לעומת זקן. שיתפתי בתגלית הזאת אימונולוגים מנוסים, בתקווה שיעזרו לי להבין אילו תאים מפרישים ציטוקנים אלה, אבל איש מהם לא יכול היה לתת לי תשובה. זאת משום שכל אימונולוג רואה תמונה חלקית של המערכת ואיננו מכיר אותה במלואה.

"מאז ועד היום אני מתמקד בבניית תמונה מערכתית של המערכת החיסונית ובקשרי הגומלין שלה עם שאר המערכות בגוף. זאת מתוך שאיפה להפוך את האימונולוגיה – תורת המערכת החיסונית - למדע מובנה ומבוסס מודל, כלומר לאימונולוגיה מערכתית של ממש. האימונולוגיה המערכתית", הוסיף פרופ' שן-אור, "נולדה לפני כעשור והתקדמה רבות ביכולתנו למדוד את המערכת בבני אדם ולייצר נתונים רבים. אולם ההיבט המשלים – פרשנות הנתונים – לא התפתח בקצב דומה".

פרופ'-משנה שן-אור מעריך כי תוכנת ה-immuneXpresso תעניק דחיפה משמעותית להיבט הפרשני וזאת בין השאר בהיותה פלטפורמה למיפוי ולסטנדרטיזציה של הידע הקיים, המאפשרת חיבור בין ספרות מדעית, לנתונים אקספרימנטליים.

המעבדה של פרופ'-משנה שן-אור בפקולטה לרפואה בטכניון היא מרחב אינטרדיסציפלינרי המפגיש חוקרים מרקע חישובי עם חוקרים מרקע ביולוגי. הוא עצמו מגלם את השילוב בין תחומים שונים: השלים בטכניון תואר ראשון במערכות מידע בפקולטות לתעשייה וניהול ולמדעי המחשב; קיבל במכון ויצמן תואר שני בביו-אינפורמטיקה – שימוש במאגרי מידע ובכלים חישוביים לטובת מחקר ביולוגי ורפואי. את התואר השלישי השיג בהרווארד בביולוגיה התפתחותית; ובסטנפורד - פוסט-דוקטורט בביו-אינפורמטיקה ובאימונולוגיה. ב-2011 חזר לטכניון כחבר סגל בפקולטה לרפואה עומד בראש המעבדה לאימונולוגיה מערכתית ורפואה מותאמת אישית.

המחקר נערך במימון רשויות הבריאות האמריקאיות (NIH) והושקעו בו שנות עבודה רבות. פיתוחה המסחרי של טכנולוגיית immuneXpresso נמשך כיום במסגרת חברת CytoReason, הפועלת לייצור תובנה מערכתית של מערכת החיסון לטובת פיתוח תרופות ורפואה מדויקת יותר.