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«El sistema inmunitario es el centro de todo, desde el envejecimiento hasta las enfermedades, pasando por las infecciones y las alergias: todo». Con esta declaración, Hans Keirstead pone de manifiesto la importancia de la inmunología en la salud. Keirstead es el CEO del Human Immunome Project, iniciativa que los días 15 y 16 del pasado noviembre celebró en el Museo de la Ciencia CosmoCaixa de Barcelona el seminario «Into Action», en colaboración con el que será el primer centro de investigación dedicado exclusivamente a la inmunología, el CaixaResearch Institute. 

El seminario reunió a representantes internacionales de todos los ámbitos de la inmunología, quienes definieron una hoja de ruta para la generación de datos inmunológicos y su posterior gestión mediante el uso de inteligencia artificial. Porque el papel crucial del sistema inmunitario se basa principalmente en su complejidad: se trata de una red dinámica de múltiples escalas que involucra interacciones excepcionalmente complejas entre moléculas, células y órganos. 

Y, pese a los grandes avances en la aplicación de enfoques multiómicos, es decir, el análisis cruzado de datos provenientes del genoma, el proteoma, el transcriptoma, el epigenoma y el microbioma, los datos en inmunología siguen siendo limitados. En la actualidad está disponible menos del 1 % de los datos necesarios para comprender su diversidad a escala global. Esta brecha impide explotar el potencial terapéutico del sistema inmunitario. 

En este contexto, espacios como el CaixaResearch Institute, dedicado a la investigación en inmunología, se erigen como elementos clave en la generación de datos. A partir de 2024, el Human Immunome Project supervisará la generación del conjunto de datos inmunológicos más grande de la historia: los procedentes de siete centros de investigación, entre los que se encuentra el CaixaResearch Institute. El proyecto utilizará esa información para desarrollar modelos de inteligencia artificial del sistema inmunitario y ponerlos a disposición pública. ¿El objetivo? Acelerar la investigación médica y el descubrimiento de fármacos, mejorar la salud y reducir los costes de la asistencia sanitaria mundial. 

De acuerdo con lo establecido durante el seminario «Into Action», este colosal mapeo del sistema inmunitario está previsto que se desarrolle durante los primeros cinco años del proyecto y se dividirá en dos fases. La primera servirá para recolectar los datos que cada uno de los centros de investigación obtenga de su muestra de 500 pacientes. 

En concreto, se extraerán muestras de sangre y biopsias de piel, intestino y amígdalas, y se analizarán en ellas miles de parámetros inmunológicos (células, anticuerpos, proteínas, modificaciones epigenéticas, metabolitos, etc.). Estos datos no solo aportarán información fisiológica, sino que también servirán para medir las variaciones según el sexo, la edad y la geografía, entre otros factores. 

A medida que avance este proceso de recolección se mejorarán las metodologías usadas para garantizar un nivel de calidad estándar de los datos, además de definirse cuáles serán los parámetros inmunológicos más importantes. Todo ello servirá para obtener un «kit de monitoreo inmunológico», el producto culminante de esta primera etapa. Con este kit se pretende simplificar la recopilación de datos y limitar sus costes, puesto que será el resultado de la optimización de la captación de la información útil y la obtención de resultados reproducibles. 

Uno de los grandes problemas a la hora de abordar el estudio del sistema inmunitario son las variaciones existentes de persona a persona. Por ello, la segunda fase servirá, en esencia, para ampliar la recolección de datos definida en la etapa previa a una escala diametralmente mayor: se pasará de los 500 pacientes por centro a 10.000. Este enfoque garantizará que los datos reflejen las diferencias inmunitarias de acuerdo con la edad, el origen étnico, las condiciones de salud, el sexo y el nivel socioeconómico. Porque, tal como apuntan cada vez más ramas de la investigación biomédica, no puede abordarse la salud pública global sin tener en cuenta la diversidad humana. 

Sin embargo, la enorme cantidad de datos generados únicamente permitirá grandes avances si se cuenta con sistemas capaces de analizarlos. «Según nuestras estimaciones iniciales, reuniremos 1,9 billones de conjuntos de datos que pueden analizarse de decenas y decenas de formas, multiplicando 1,9 billones por varias decenas», afirma Hans Keirstead. «No hay manera de manejar tal cantidad de datos sin emplear la inteligencia artificial». 

El uso del sistema inmunitario en terapia, la próxima revolución en salud

Mientras que los primeros cinco años del Human Immunome Project se centrarán en la generación de datos, los cinco siguientes (2029-2033) se dedicarán a entrenar los modelos cuantitativos y predictivos, y a desarrollar los primeros modelos del sistema inmunitario disponibles públicamente. Esos modelos no solo permitirán predecir los resultados de la respuesta inmunitaria, sino que también proporcionarán un conocimiento exhaustivo sobre el funcionamiento del sistema inmunitario, transformando así nuestra capacidad de desarrollar intervenciones terapéuticas. Todas las áreas de la investigación en salud se beneficiarán de estos modelos, incluido el desarrollo de vacunas, el tratamiento de enfermedades infecciosas y de autoinmunidad, la preparación ante posibles pandemias y las terapias contra el cáncer, e incluso contra la neurodegeneración. 

«Los resultados del Human Immunome Project potenciarán el desarrollo de fármacos y la medicina personalizada en formas que por ahora no podemos ni imaginar. El sistema inmunitario está detrás de cada enfermedad. Está detrás de cada manifestación del envejecimiento», asegura Hans Keirstead. «Algunos de los retos los abordaremos con rapidez y otros nos llevarán más tiempo. Pero no hay un solo aspecto de la salud humana que no vaya a verse afectado por este proyecto, en el que instituciones como el CaixaResearch Institute son cruciales». 

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Artificial intelligence to exploit the potential of the immune system

“The immune system is the centre of everything, from ageing to disease to infections to allergies. Everything.” With this statement, Hans Keirstead highlights the importance of immunology in health. Keirstead is the CEO of the Human Immunome Project, an initiative which, on 15 and 16 November, held the “Into Action” conference at the CosmoCaixa Science Museum of Barcelona, in collaboration with what will be the first research centre exclusively dedicated to investigating immunology, the CaixaResearch Institute.

The seminar brought together international representatives from all fields of immunology, who defined a roadmap for the generation of immunological data and its subsequent management through the use of artificial intelligence. Because the crucial role of the immune system is mainly based on its complexity: it is a dynamic, multi-scale network involving exceptionally complex interactions between molecules, cells and organs.

And despite major advances in the application of multi-omic approaches, in other words, the cross-analysis of data from the genome, proteome, transcriptome, epigenome and microbiome, data in immunology remains limited. Less than 1% of the data needed to understand its diversity on a global scale is currently available. This gap prevents the therapeutic potential of the immune system from being exploited.

In this context, institutions like the CaixaResearch Institute, dedicated to immunology research, become key elements in the generation of data. Starting in 2024, the Human Immunome Project will oversee the generation of the largest immunological dataset in history, with data from seven research centres, among them the CaixaResearch Institute. The project will use this information to develop artificial intelligence models of the immune system and make them publicly available. The aim? To accelerate medical research and drug discovery, improve health and reduce global healthcare costs.

According to that established during the “Into Action” seminar, this colossal mapping of the immune system will be developed over the first five years of the project and divided into two phases. In the first of these, each research centre will collect data from its sample of 500 participants. 

Specifically, blood samples and biopsies of skin, gut and tonsils will be taken and thousands of immunological parameters (cells, antibodies, proteins, epigenetic modifications, metabolites, etc.) will be analysed. These data will not only provide physiological information, but will also be used to measure variations according to sex, age and geography, among other factors.

As this collection process progresses, the methodologies employed will be improved to ensure a standard level of data quality and the key immunological parameters will be defined. All of this will be used to obtain an “immunological monitoring kit”, the culmination of this first phase. This kit is intended to simplify data collection and limit its costs, since it will be the result of optimising the gathering of useful information and obtaining reproducible results.

One of the major challenges when studying the immune system is the variation that exists from person to person. Therefore, the second phase will essentially expand the data collection defined in the previous stage to a diametrically larger scale: from 500 participants per centre to 10,000. This approach will ensure that the data reflect differences in immunity based on age, ethnicity, health status, sex and socio-economic status. Because as more and more areas of biomedical research show, global public health cannot be addressed without considering human diversity.

However, the sheer volume of data generated will only allow breakthroughs if systems are in place to analyse it. “According to our initial estimates, we will collect 1.9 billion datasets, which can be analysed in dozens and dozens of ways, multiplying 1.9 billion by several tens,” says Hans Keirstead. “There’s no way to handle that amount of data without employing artificial intelligence.”

Using the immune system in therapy, the next health revolution

While the first five years of the Human Immunome Project will focus on data generation, the subsequent five years (2029-2033) will be devoted to training quantitative and predictive models and developing the first publicly available models of the immune system. These will not only predict immune response outcomes, but also provide comprehensive insights into how the immune system works, thus transforming our ability to develop therapeutic interventions. All areas of health research will benefit from these models, including vaccine development, the treatment of infectious diseases and autoimmunity, preparedness for potential pandemics, and therapies for cancer and even neurodegeneration.

“The results of the Human Immunome Project will enhance drug development and personalised medicine in ways we can’t even imagine today. The immune system is at the core of every disease. It’s behind every manifestation of ageing,” says Hans Keirstead. “Some of the challenges we’ll tackle quickly, others will take longer. But there’s not a single aspect of human health that will not be impacted by this project, in which institutions like the CaixaResearch Institute are crucial.”