You are here

    • You are here:
    • Home > Immune cell atlas of human cancers created for precision oncology

Immune cell atlas of human cancers created for precision oncology

NewsNEWS

14
Dec
Tue, 14/12/2021 - 10:04

Immune cell atlas of human cancers created for precision oncology

Holger Heyn and Paula Nieto pictured at CNAG-CRG in Barcelona

EN CASTELLANO/EN CATALÀ

Researchers at the Centro Nacional de Análisis Genómico (CNAG-CRG), part of the Centre for Genomic Regulation (CRG) in Barcelona, have created the first cellular atlas of the immune cells infiltrating tumours. The findings are published in a study in the journal Genome Research.

The atlas reveals that different types of tumours in the human body show surprisingly similar patterns of immune cells residing within. Researchers used this knowledge to create a classification system they believe can help predict the immunotherapy response and prognosis of cancer to a level that greatly exceeds current methods.

The researchers tested the atlas’ potential through various tests, showing it can help identify the type of immune cells residing within a patient’s tumour and pinpoint their location. The authors of the study believe this information make the atlas a powerful new complementary tool to personalise cancer treatments for the best possible outcome.

“Current immune-based stratification strategies often require clinicians to look individually at each tumour and visually determine its stage. This offers limited information on the prognosis of a tumour,” explains Paula Nieto, Computational Biotechnologist at the CNAG-CRG and first author of the study. “Our work provides much more detailed information that can help clinicians tailor treatment. While it is an important first step towards precision oncology, we need to carry out more work to test the exact clinical relevance of our proposed clusters.”

The researchers created the atlas by studying the tumour microenvironment. This is the collection of blood cells, immune cells and connective tissue in the immediate vicinity of a tumour, which plays a critical role in the development, progression and control of cancer.

They were particularly interested in the role of immune cells in the tumour microenvironment, as it influences the effectiveness of immunotherapy, treatments that use a person’s immune system to find and destroy cancer cells. Unlike conventional treatments, immunotherapy offers the possibility of long-term remission through boosting the body’s natural defence systems. Despite this benefit, immunotherapy works better for some types of cancer than others and its response rate can be hard to predict.

Being able to assess the types, states and location of immune cells infiltrated within a tumour, also known as its immune profile, could significantly help predict whether a patient benefits from immunotherapy. The authors of the study did this by creating the first cell atlas of immune cells from different types of cancer.

They studied the gene expression of more than 500,000 individual immune cells – selecting 317,111 to analyse – from 217 patients with 13 different types of primary tumours. The analysis revealed that different types of cancer share common immune cell compositions. In total, the researchers identified six different types of immune profiles, each with its own characteristics and potentially different treatment options.

The researchers tested the map’s usefulness in multiple ways. They first took gene expression data from four different types of tumours and compared it their cell atlas. They found this could automatically assign a patient’s tumour to one of the six immune profiles identified within the cell atlas. Doing the same exercise for tumours from mice resulted in the same results, show the cell atlas can also boost cancer research using animal models.

The researchers also tested the atlas’ potential to locate the coordinates of immune cells within tumours. They used a technique called SPOTlight, also developed by the CNAG-CRG, to visualise the gene expression of cells in tumour cross-sections. When combined with the atlas, this revealed the location of “hot” and “cold” regions within a tumour, providing important information on which areas are likely to respond well to immunotherapy.

“This cell atlas of immune cells helps us visualise tumours in ways we have never been able to before,” says Holger Heyn, Leader of the Single Cell Genomics Team at the CNAG-CRG and final author of the study. “Following further research on patient outcome and response to treatment, we expect the atlas to be predictive for patient prognosis and immunotherapy response to a level that greatly exceeds currently applied stratification strategies.”

EN CASTELLANO

Un atlas de las células inmunes en cánceres humanos para impulsar la oncología de precisión

Un equipo científico del Centro Nacional de Análisis Genómico (CNAG-CRG), parte del Centro de Regulación Genómica (CRG) de Barcelona, ​​ha creado el primer atlas de las células inmunes que infiltran los tumores. El atlas está publicado en un nuevo estudio en la revista Genome Research.

El atlas revela que las células inmunes que residen en diferentes tipos de tumores en el cuerpo humano muestran patrones sorprendentemente parecidos. El equipo científico utilizó este hallazgo para crear un sistema de clasificación que puede ayudar a predecir la respuesta de pacientes a la inmunoterapia y el pronóstico del cáncer a un nivel que supera con creces los métodos convencionales.

El equipo comprobó la validez del atlas a través de varios experimentos, demostrando que puede identificar el tipo de célula inmune que reside dentro del tumor de un paciente e incluso determinar su ubicación. Esta eficiencia hace que el atlas sea una poderosa herramienta complementaria para personalizar los tratamientos contra el cáncer y obtener el mejor resultado posible.

“Las estrategias actuales de estratificación basadas en la inmunidad a menudo requieren que los médicos observen individualmente cada tumor y determinen visualmente su estado, lo que ofrece información limitada sobre el pronóstico de un tumor,” afirma Paula Nieto, Biotecnóloga Computacional del CNAG-CRG y primera autora del estudio. “Nuestro trabajo proporciona información mucho más detallada que puede ayudar a los médicos a personalizar el tratamiento. Si bien es un primer paso importante hacia la oncología de precisión, se necesitan más estudios para mostrar la relevancia clínica exacta de los grupos propuestos.”

El equipo creó el atlas mediante el estudio del microambiente del tumor, que es el conjunto de células sanguíneas, células inmunitarias y el tejido conectivo en la proximidad inmediata de un tumor. Este microambiente desempeña un papel fundamental en el desarrollo, la progresión y el control del cáncer.

El equipo estaba particularmente interesado ​​en el rol de las células inmunes en el microambiente del tumor, ya que influye en la eficacia de la inmunoterapia. La inmunoterapia es un tratamiento que utiliza el sistema inmunológico de una persona para encontrar y destruir células cancerosas. A diferencia de los tratamientos convencionales, la inmunoterapia ofrece la posibilidad de una remisión a largo plazo, estimulando los sistemas de defensa naturales del cuerpo. La inmunoterapia funciona mejor para algunos tipos de cáncer que para otros y su tasa de éxito puede ser difícil de predecir.

Evaluando los tipos, estados y ubicación de las células inmunes infiltradas dentro de un tumor, también conocido como perfil inmunológico, podría ayudar a predecir si un paciente se beneficia de la inmunoterapia.

El equipo científico estudió la expresión génica de más de 500.000 células inmunitarias individuales, seleccionando 317.111 para analizar, de 217 pacientes con 13 tipos diferentes de tumores primarios. El análisis reveló que los diferentes tipos de cáncer comparten composiciones de células inmunes comunes. En total, los investigadores identificaron seis tipos diferentes de perfiles inmunes, cada uno con sus propias características y diferentes opciones para su tratamiento.

El equipo probó la utilidad del mapa de varias formas. Primero tomaron datos de la expresión genética de cuatro tipos diferentes de tumores y los compararon con el atlas celular. Descubrieron que esto podría asignar automáticamente el tumor de un paciente a uno de los seis perfiles inmunes identificados dentro del atlas. Al hacer el mismo ejercicio para los tumores de ratones, se obtuvieron los mismos resultados, mostrando que el atlas también puede impulsar la investigación del cáncer utilizando modelos animales.

También comprobaron el potencial del atlas para localizar las coordenadas de las células inmunes dentro de los tumores. El equipo usó una técnica llamada SPOTlight, también desarrollada por el CNAG-CRG, para visualizar la expresión génica de las células en secciones transversales de tumores. Cuando se combinó con el atlas, reveló la ubicación de las regiones "calientes" y "frías" dentro de un tumor, proporcionando información importante sobre las áreas que responden bien a la inmunoterapia.

“El atlas de células inmunes nos ayuda a visualizar los tumores como nunca antes los habíamos visto”, afirma Holger Heyn, líder del grupo de Single Cell Genomics del CNAG-CRG y último autor del estudio. "Tras una mayor investigación sobre la respuesta del paciente al tratamiento, esperamos que el atlas funcione mejor a la hora de predecir el pronóstico del paciente y la respuesta a la inmunoterapia que las estrategias de estratificación que se aplican actualmente".

EN CATALÀ

Un atles de les cèl·lules immunes en càncers humans per impulsar l’oncologia de precisió

Un equip científic del Centre Nacional d’Anàlisi Genòmica (CNAG-CRG), part del Centre de Regulació Genòmica (CRG) de Barcelona, ​​ha creat el primer atles de les cèl·lules immunes que infiltren els tumors. L’atles està publicat a un nou estudi a la revista Genome Research.

L’atles revela que les cèl·lules immunes que resideixen a diferents tipus de tumors al cos humà mostren patrons sorprenentment semblants. L’equip científic va fer servir  aquesta troballa per a crear un sistema de classificació que pot ajudar a predir la resposta de pacients a la immunoteràpia i el pronòstic del càncer a un nivell que supera amb escreix els mètodes convencionals.

Es va comprovar la validesa de l’atles mitjançant diferents experiments, demostrant que pot identificar el tipus de cèl·lula immune que resideix dins del tumor d’un pacient fins a determinar la seva ubicació. Aquesta eficiència fa que l’atles sigui una poderosa eina complementària per a personalitzar els tractaments contra el càncer i obtindré el millor resultat possible.

“Les estratègies actuals d’estratificació basades en la immunitat sovint requereixen que l’equip mèdic observi individualment cada tumor i determini visualment el seu estat, cosa que ofereix informació limitada sobre el pronòstic d’un tumor,” afirma Paula Nieto, Biotecnòloga Computacional del CNAG-CRG i primera autora de l’estudi. “El nostre treball proporciona informació molt més detallada que pot ajudar a l’equip mèdic a personalitzar el tractament. Si bé és una primera passa important cap a l’oncologia de precisió, es necessiten més estudis per mostrar la rellevància clínica exacta dels grups proposats.”

L’equip va crear l’atles fent un estudi del microambient del tumor, que és el conjunt de cèl·lules sanguínies, cèl·lules immunitàries i el teixit connectiu a la proximitat immediata d’un tumor. Aquest microambient té un paper fonamental en el desenvolupament, la progressió i el control del càncer.

El rol de les cèl·lules immunes al microambient del tumor són d’especial interès, ja que influeix en l’eficàcia de la immunoteràpia. La immunoteràpia és un tractament que utilitza el sistema immunitari d’una persona per a trobar i destruir cèl·lules canceroses. A diferència dels tractaments convencionals, la immunoteràpia ofereix la possibilitat d’una remissió a llarg termini, estimulant els sistemes de defensa naturals del cos. La immunoteràpia funciona millor en alguns tipus de càncer que en d’altres i la seva taxa d’èxit pot ser difícil de predir.

Avaluar els tipus, estats i ubicació de les cèl·lules immunes infiltrades dins d’un tumor, també conegut com a perfil immunològic, podria ajudar a predir si un pacient es beneficiarà de la immunoteràpia.

L’equip va estudiar l’expressió gènica de més de 500.000 cèl·lules immunitàries individuals, seleccionant-ne 317.111 per analitzar, de 217 pacients amb 13 tipus diferents de tumors primaris. L’anàlisi va revelar que els diferents tipus de càncer comparteixen composicions de cèl·lules immunes comunes. En total, es van identificar sis tipus diferents de perfils immunes, cada un amb les seves pròpies característiques i diferents opcions per al seu tractament.

L’equip va comprovar la utilitat del mapa de diverses maneres. Primer van agafar dades de l’expressió genètica de quatre tipus diferents de tumors i els van comparar amb l’atles cel·lular. Descobriren que això podria assignar automàticament el tumor d’un pacient a un dels sis perfils immunes identificats dins de l’atles. En fer el mateix exercici per als tumors de ratolins, es van obtenir els mateixos resultats, mostrant que l’atles també pot impulsar la recerca en càncer fent servir models animals.

També van comprovar el potencial de l’atles per a localitzar les coordenades de les cèl·lules immunes dins dels tumors. L’equip va emprar una tècnica anomenada SPOTlight, també desenvolupada al CNAG-CRG, per a visualitzar l’expressió gènica de les cèl·lules en seccions transversals de tumors. Quan es va combinar amb l’atles, va revelar la ubicació de les regions "calentes" i "fredes" dins d’un tumor, proporcionant informació important sobre les àrees que responen bé a la immunoteràpia.

“L’atles de cèl·lules immunes ens ajuda a visualitzar els tumors com mai els havíem vist abans”, afirma Holger Heyn, líder del grup de Single Cell Genomics del CNAG-CRG i últim autor de l’estudi. “Després d’una major recerca sobre la resposta del pacient al tractament, esperem que l’atles funcioni millor que les estratègies d’estratificació que s’apliquen actualment a l’hora de predir el pronòstic del pacient i la resposta a la immunoteràpia ".