L’institut de recherche de la New York Stem Cell Foundation (NYSCF) collabore avec Google Research pour identifier de nouvelles caractéristiques cellulaires de la maladie dans des cellules de peau de patients atteints de la maladie de Parkinson.
Une étude publiée aujourd’hui (25 mars 2022) dans la revue Nature Communications dévoile une nouvelle plateforme pour découvrir les signatures cellulaires des maladies qui intègre des systèmes robotisés pour étudier les cellules des patients avec des méthodes d’intelligence artificielle pour l’analyse des images. À l’aide de leur plateforme de culture cellulaire automatisée, les scientifiques du NYSCF Research Institute ont collaboré avec Google Research pour réussir à identifier de nouvelles signatures cellulaires de la maladie de Parkinson en créant et en profilant plus d’un million d’images de cellules de peau provenant d’une cohorte de 91 patients et de témoins sains.
“La découverte traditionnelle de médicaments ne fonctionne pas très bien, en particulier pour les maladies complexes comme la maladie de Parkinson”, a noté Susan L. Solomon, JD, PDG de la NYSCF. “La technologie robotique que la NYSCF a construite nous permet de générer de vastes quantités de données à partir de grandes populations de patients, et de découvrir de nouvelles signatures de la maladie comme une base entièrement nouvelle pour découvrir des médicaments qui fonctionnent réellement.”
“C’est une démonstration idéale de la puissance de l’intelligence artificielle pour la recherche sur les maladies”, a ajouté Marc Berndl, ingénieur logiciel chez Google Research. “Notre collaboration avec le NYSCF a été très fructueuse, notamment parce que leurs systèmes robotiques avancés créent des données reproductibles qui peuvent donner des indications fiables.”
Coupler l’intelligence artificielle et l’automatisation
L’étude a exploité le vaste dépôt de cellules de patients de la NYSCF et son système robotique de pointe – The NYSCF Global Stem Cell Array. – pour établir le profil des images de millions de cellules provenant de 91 patients atteints de la maladie de Parkinson et de témoins sains. Les scientifiques ont utilisé la matrice pour isoler et développer des cellules cutanées appelées fibroblastes à partir d’échantillons de peau prélevés par biopsie, étiqueter différentes parties de ces cellules à l’aide d’une technique appelée Cell Painting, et créer des milliers d’images de microscopie optique à haut contenu. Les images résultantes ont été introduites dans un pipeline d’analyse d’image impartial, piloté par intelligence artificielle, identifiant les caractéristiques d’image spécifiques aux cellules des patients qui pourraient être utilisées pour les distinguer des contrôles sains.
“Ces méthodes d’intelligence artificielle permettent de déterminer ce que les cellules des patients ont en commun et qui n’est peut-être pas observable autrement”, a déclaré Samuel J. Yang, chercheur chez Google Research. “Ce qui est également important, c’est que les algorithmes sont impartiaux – ils ne reposent sur aucune connaissance préalable ou idée préconçue sur la maladie de Parkinson, ce qui nous permet de découvrir des signatures entièrement nouvelles de la maladie.”
La nécessité de trouver de nouvelles signatures de la maladie de Parkinson est soulignée par les taux d’échec élevés des récents essais cliniques de médicaments découverts sur la base de cibles et de voies spécifiques de la maladie, considérées comme les moteurs de la maladie. La découverte de ces nouvelles signatures de la maladie à l’aide de méthodes non biaisées, en particulier au sein de populations de patients, présente un intérêt pour le diagnostic et la découverte de médicaments, et permet même de révéler de nouvelles distinctions entre les patients.
“Il est intéressant de noter que nous avons été en mesure de distinguer les images de cellules de patients de celles de témoins sains, ainsi que les différents sous-types de la maladie”, a noté Bjarki Johannesson, PhD, chercheur principal de la NYSCF pour cette étude. “Nous pouvions même prédire assez précisément de quel donneur provenait un échantillon de cellules”.
Applications à la découverte de médicaments
Les signatures de la maladie de Parkinson identifiées par l’équipe peuvent maintenant servir de base pour réaliser des cribles de médicaments sur les cellules des patients, afin de découvrir quels médicaments peuvent inverser ces caractéristiques. L’étude produit également le plus grand ensemble de données connu de peinture de cellules (48 To) en tant que ressource communautaire, et est disponible pour la communauté des chercheurs (https://nyscf.org/nyscf-adpd/).
Notamment, la plateforme est indépendante de la maladie et ne nécessite que des cellules de peau facilement accessibles provenant de patients. Elle peut également être appliquée à d’autres types de cellules, y compris les dérivés de cellules souches pluripotentes induites que la NYSCF crée pour modéliser diverses maladies. Les chercheurs espèrent ainsi que leur plateforme pourra ouvrir de nouvelles voies thérapeutiques pour de nombreuses maladies pour lesquelles la découverte traditionnelle de médicaments n’a pas abouti.
“C’est le premier outil à réussir à identifier les caractéristiques d’une maladie avec autant de précision et de sensibilité”, a déclaré le vice-président principal de la découverte et du développement de la plateforme de la NYSCF, Daniel Paull, PhD. “Sa capacité à identifier des sous-groupes de patients a des implications importantes pour la médecine de précision et le développement de médicaments dans de nombreux domaines”.des maladies incurables”.
Référence : “Intégration de l’apprentissage profond et du criblage automatisé non biaisé à haut contenu pour identifier des signatures de maladies complexes dans les fibroblastes humains” 25 mars 2022, Nature Communications.
DOI: 10.1038/s41467-022-28423-4
À propos de l’Institut de recherche de la Fondation des cellules souches de New York
L’institut de recherche de la New York Stem Cell Foundation (NYSCF) est une organisation indépendante à but non lucratif qui accélère la guérison et l’amélioration des traitements pour les patients grâce à la recherche sur les cellules souches. La communauté mondiale de la NYSCF comprend plus de 200 chercheurs dans des institutions de premier plan dans le monde entier, y compris les boursiers Druckenmiller de la NYSCF, les chercheurs Robertson de la NYSCF, les lauréats du prix Robertson pour les cellules souches de la NYSCF, ainsi que les scientifiques et ingénieurs de l’institut de recherche de la NYSCF. L’institut de recherche de la NYSCF est un leader mondial reconnu dans la recherche sur les cellules souches et dans le développement de technologies pionnières dans ce domaine, notamment le NYSCF Global Stem Cell Array, qui est utilisé pour créer des lignées cellulaires pour les laboratoires du monde entier. La NYSCF se concentre sur la recherche translationnelle dans un modèle d’accélérateur conçu pour surmonter les obstacles qui ralentissent la découverte et remplacer les silos par la collaboration.
