ภูมิคุ้มกันคือความสามารถของสารแปลกปลอม เช่นแอนติเจนในการกระตุ้นให้เกิดการตอบสนองทางภูมิคุ้มกันในร่างกายของมนุษย์หรือสัตว์อื่น ๆ ซึ่งอาจเป็นการตอบสนองที่พึงประสงค์หรือไม่พึงประสงค์ก็ได้:

• ภูมิคุ้มกันที่ต้องการมักเกี่ยวข้องกับวัคซีนซึ่งการฉีดแอนติเจน (วัคซีน) จะกระตุ้นการตอบสนองทางภูมิคุ้มกันต่อเชื้อโรคปกป้องร่างกายจากการสัมผัสในอนาคต ภูมิคุ้มกันเป็นประเด็นสำคัญในการพัฒนาวัคซีน^{[ 1 ]}
• ภูมิคุ้มกันที่ไม่พึงประสงค์คือการตอบสนองทางภูมิคุ้มกันของสิ่งมีชีวิตต่อแอนติเจนบำบัด ปฏิกิริยานี้ทำให้เกิดการสร้างแอนติบอดีต่อยา (ADA) ซึ่งทำให้ผลการรักษาของการบำบัดไม่ทำงานและอาจก่อให้เกิดผลข้างเคียงได้^{[ 2 ]}

ความท้าทายในด้านชีวบำบัดคือการทำนายศักยภาพในการกระตุ้นภูมิคุ้มกันของโปรตีนบำบัดชนิดใหม่^{[ 3 ]}ตัวอย่างเช่น ข้อมูลการกระตุ้นภูมิคุ้มกันจากประเทศที่มีรายได้สูงไม่สามารถนำไปใช้กับประเทศที่มีรายได้ต่ำและปานกลางได้เสมอไป^{[ 4 ]}ความท้าทายอีกประการหนึ่งคือการพิจารณาว่าการกระตุ้นภูมิคุ้มกันของวัคซีนเปลี่ยนแปลงไปตามอายุอย่างไร^{[ 5 ] [ 6 ]}ดังนั้น ตามที่องค์การอนามัยโลก ได้ระบุไว้ ควรมีการตรวจสอบการกระตุ้นภูมิคุ้มกันในประชากรเป้าหมาย เนื่องจากการทดสอบในสัตว์และ แบบจำลอง ในหลอดทดลองไม่สามารถทำนายการตอบสนองทางภูมิคุ้มกันในมนุษย์ได้อย่างแม่นยำ^{[ 7 ]}

แอนติเจนิซิตี้คือความสามารถของโครงสร้างทางเคมี (ไม่ว่าจะเป็นแอนติเจนหรือแฮปเทน ) ในการจับกับกลุ่มของผลิตภัณฑ์บางชนิดที่มีภูมิคุ้มกันแบบปรับตัวได้ โดยเฉพาะ ได้แก่ตัวรับทีเซลล์หรือแอนติบอดี (หรือที่เรียกว่าตัวรับบีเซลล์ ) ในอดีต คำว่าแอนติเจนิซิตี้มักใช้เพื่ออ้างถึงสิ่งที่ปัจจุบันเรียกว่าอิมมูโนเจนิซิตี้ และทั้งสองคำยังคงใช้สลับกันอยู่บ่อยครั้ง อย่างไรก็ตาม ตามหลักแล้ว อิมมูโนเจนิซิตี้หมายถึงความสามารถของแอนติเจนในการกระตุ้นการตอบสนองทางภูมิคุ้มกันแบบปรับตัวได้ดังนั้น แอนติเจนอาจจับกับตัวรับทีเซลล์หรือบีเซลล์ได้อย่างจำเพาะเจาะจง แต่ไม่กระตุ้นการตอบสนองทางภูมิคุ้มกันแบบปรับตัวได้ หากแอนติเจนกระตุ้นการตอบสนองได้ จะเรียกว่า 'แอนติเจนที่กระตุ้นภูมิคุ้มกัน' ซึ่งเรียกว่าอิมมูโนเจน

ลิปิดและกรดนิวคลีอิกหลายชนิดเป็นโมเลกุลขนาดเล็กและ/หรือมีคุณสมบัติที่ไม่ก่อให้เกิดภูมิคุ้มกัน ดังนั้น อาจจำเป็นต้องมีการเชื่อมต่อกับอีพิโทปเช่น โปรตีนหรือพอลิแซ็กคาไรด์ เพื่อเพิ่มศักยภาพในการกระตุ้นภูมิคุ้มกันเพื่อให้สามารถกระตุ้นการตอบสนองทางภูมิคุ้มกันได้^{[ 8 ]}

• โปรตีนและพอลิแซ็กคาไรด์บางชนิดมีคุณสมบัติกระตุ้นภูมิคุ้มกัน ซึ่งทำให้สามารถกระตุ้นการตอบสนองทางภูมิคุ้มกันแบบฮิวโมรัลได้^{[ 9 ]}
• โปรตีนและไขมัน/ไกลโคลิปิดบางชนิดสามารถทำหน้าที่เป็นสารกระตุ้นภูมิคุ้มกันสำหรับภูมิคุ้มกันแบบอาศัยเซลล์ได้
• โปรตีนมีฤทธิ์กระตุ้นภูมิคุ้มกันมากกว่าพอลิแซ็กคาไรด์อย่างมีนัยสำคัญ^{[ 10 ]}

ความสามารถในการกระตุ้นภูมิคุ้มกันได้รับอิทธิพลจากลักษณะหลายประการของแอนติเจน:

• ระยะทางวิวัฒนาการ
• ขนาดโมเลกุล  :- โมเลกุลที่มีขนาดใหญ่กว่า โดยเฉพาะอย่างยิ่งโมเลกุลที่มีขนาดใหญ่กว่า 10 กิโลดาลตัน จะกระตุ้นภูมิคุ้มกันได้มากกว่า
• ความหนาแน่นของเอพิโทป
• องค์ประกอบทางเคมีและความไม่สม่ำเสมอ

• โครงสร้างโปรตีน
• โพลิเมอร์สังเคราะห์
• กรดอะมิโนดี

• ความสามารถในการย่อยสลาย (ความสามารถในการถูกประมวลผลและนำเสนอเป็นเปปไทด์ MHCต่อเซลล์ T)

ปริมาณเอพิโทป ของเซลล์ Tเป็นหนึ่งในปัจจัยที่ส่งผลต่อแอนติเจนในทำนองเดียวกัน เอพิโทปของเซลล์ T สามารถก่อให้เกิดภูมิคุ้มกันที่ไม่พึงประสงค์ รวมถึงการพัฒนา ADA ปัจจัยสำคัญในภูมิคุ้มกันของเอพิโทปของเซลล์ T คือความแข็งแรงในการจับของเอพิโทปของเซลล์ T กับ โมเลกุล คอมเพล็กซ์ความเข้ากันได้ของเนื้อเยื่อหลัก (MHC หรือHLA ) เอพิโทปที่มีความสัมพันธ์ในการจับที่สูงกว่ามีแนวโน้มที่จะแสดงบนพื้นผิวของเซลล์มากกว่า เนื่องจากตัวรับเซลล์ Tจดจำเอพิโทปที่เฉพาะเจาะจง ดังนั้นเซลล์ T บางเซลล์เท่านั้นที่สามารถตอบสนองต่อเปปไทด์บางชนิดที่จับกับ MHC บนพื้นผิวเซลล์ได้^{[ 11 ]}

เมื่อมีการให้ยาโปรตีนบำบัด (เช่น เอนไซม์ โมโนโคลนอล โปรตีนทดแทน) หรือวัคซีน เซลล์นำเสนอแอนติเจน (APC) เช่น เซลล์ B หรือเซลล์เดนดริติก จะนำเสนอสารเหล่านี้ในรูปของเปปไทด์ ซึ่งเซลล์ T อาจจดจำได้ ซึ่งอาจส่งผลให้เกิดภูมิคุ้มกันที่ไม่พึงประสงค์ รวมถึง ADA และโรค ภูมิต้านตนเอง เช่น โรคเกล็ดเลือดต่ำจากภูมิต้านตนเอง(ITP) หลังจากการสัมผัสกับทรอมโบโปเอตินรีคอมบิแนนท์ และภาวะเม็ดเลือดแดงพร่องอย่างรุนแรง ซึ่งเกี่ยวข้องกับสูตรเฉพาะของอิริโทรโปเอติน (Eprex) ^{[ 11 ]}

แอนติบอดีโมโนโคลนอล (mAbs) ที่ใช้ในการรักษา โรคหลายชนิด รวมถึง มะเร็งและโรคข้ออักเสบรูมาตอยด์ [ ^{12 ] อย่างไรก็ตาม}ภูมิคุ้มกันที่สูงจำกัดประสิทธิภาพและเกี่ยวข้องกับปฏิกิริยาการให้ยาที่รุนแรง แม้ว่ากลไกที่แน่นอนจะไม่ชัดเจน แต่คาดว่า mAbs จะทำให้เกิดปฏิกิริยาการให้ยาโดยการกระตุ้นปฏิกิริยาระหว่างแอนติบอดีกับแอนติเจน เช่น การสร้าง แอนติบอดี อิมมูโนโกลบูลินอี (IgE) เพิ่มขึ้น ซึ่งอาจจับกับเซลล์มาสต์ และเกิด การปลดปล่อย สารออก มาในภายหลังทำให้เกิดอาการคล้ายภูมิแพ้รวมถึงการปล่อยไซโตไคน์เพิ่มเติม^{[ 13 ]}

นวัตกรรมหลายอย่างในด้านวิศวกรรมพันธุกรรมส่งผลให้ภูมิคุ้มกันลดลง (หรือที่เรียกว่าการลดภูมิคุ้มกัน ) ของ mAbs วิศวกรรมพันธุกรรมนำไปสู่การสร้างแอนติบอดีแบบมนุษย์และ แบบไคเมอริก โดยการแลกเปลี่ยนบริเวณคงที่และเสริมของสายโซ่อิมมูโนโกลบูลินของหนูกับส่วนที่เทียบเท่าของมนุษย์^{[ 14 ] [ 15 ]}แม้ว่าสิ่งนี้จะช่วยลดภูมิคุ้มกันที่รุนแรงบางครั้งที่เกี่ยวข้องกับ mAbs ของหนู แต่ความคาดหวังว่า mAbs ของมนุษย์ทั้งหมดจะไม่มีคุณสมบัติภูมิคุ้มกันที่ไม่พึงประสงค์ยังคงไม่เป็นจริง^{[ 16 ] [ 17 ]}

ปริมาณเอพิโทปของเซลล์ T ซึ่งเป็นหนึ่งในปัจจัยที่ก่อให้เกิดความเสี่ยงต่อการเกิดภูมิคุ้มกัน สามารถวัดได้อย่างแม่นยำโดยใช้ เครื่องมือ in silicoอัลกอริทึมอิมมูโนอินฟอร์แมติกส์สำหรับการระบุเอพิโทปของเซลล์ T กำลังถูกนำไปใช้ในการจัดกลุ่มโปรตีนบำบัดออกเป็นประเภทที่มีความเสี่ยงสูงและความเสี่ยงต่ำ หมวดหมู่เหล่านี้หมายถึงการประเมินและวิเคราะห์ว่าภูมิคุ้มกันบำบัดหรือวัคซีนจะก่อให้เกิดภูมิคุ้มกันที่ไม่พึงประสงค์หรือไม่^{[ 18 ]}

แนวทางหนึ่งคือการแยกวิเคราะห์ลำดับโปรตีนเป็นเฟรมเปปไทด์แบบโนนาเมอร์ (นั่นคือ กรดอะมิโน 9 ตัว) ที่ทับซ้อนกัน ซึ่งแต่ละเฟรมจะได้รับการประเมินศักยภาพในการจับกับอัลลีล HLA คลาส I ทั่วไปทั้งหกชนิดที่ "ครอบคลุม" พื้นฐานทางพันธุกรรมของมนุษย์ส่วนใหญ่ทั่วโลก^{[ 11 ]}โดยการคำนวณความหนาแน่นของเฟรมที่มีคะแนนสูงภายในโปรตีน จะสามารถประมาณ "คะแนนภูมิคุ้มกัน" โดยรวมของโปรตีนได้ นอกจากนี้ ยังสามารถระบุบริเวณย่อยของเฟรมที่มีคะแนนสูงที่อัดแน่นหรือ "คลัสเตอร์" ของศักยภาพในการกระตุ้นภูมิคุ้มกันได้ และสามารถคำนวณและรวบรวมคะแนนของคลัสเตอร์ได้

ด้วยวิธีการนี้ สามารถคำนวณภูมิคุ้มกันทางคลินิกของโปรตีนบำบัดชนิดใหม่ได้ ดังนั้น บริษัทเทคโนโลยีชีวภาพหลายแห่งจึงได้บูรณาการภูมิคุ้มกันจำลองทางคอมพิวเตอร์เข้ากับกระบวนการก่อนการทดลองทางคลินิกในการพัฒนาโปรตีนบำบัดชนิดใหม่

Prime ^{[ 19 ]} , NetMHCpan ^{[ 20 ]} , MHCnuggets ^{[ 21 ]} , MHCflurry ^{[ 22 ]} , DeepNeo ^{[ 23 ]}และ BigMHC ^{[ 24 ]}เป็นหนึ่งในวิธีการที่ได้รับความนิยมมากที่สุดในการทำนายภูมิคุ้มกันของเปปไทด์-MHC จากลำดับกรดอะมิโนของโปรตีน โดยพื้นฐานแล้ว วิธีเหล่านี้จะแยกวิเคราะห์ลำดับโปรตีนเป็นข้อมูลข้อความ โดยใช้เครือข่ายประสาทแบบคอนโวลูชัน 1 มิติ เครือข่ายประสาทแบบวนซ้ำ หรือแบบจำลอง Transformer

NeoaPred ^{[ 25 ]}เป็นแนวทางตามโครงสร้างที่ทำนายภูมิคุ้มกันจากข้อมูลโครงสร้าง โดยมุ่งเน้นไปที่นีโอแอนติเจนของมะเร็งเป็นหลัก เนื่องจากต้องใช้คู่กลายพันธุ์-ชนิดปกติในการทำนายภูมิคุ้มกัน

ImmunoStruct ^{[ 26 ]}เป็นวิธีการเรียนรู้เชิงลึกแบบหลายโมดอลสำหรับการทำนายภูมิคุ้มกันที่ผสานข้อมูลจากลำดับเปปไทด์-MHC โครงสร้าง และคุณสมบัติทางชีวเคมี แทนที่จะถือว่าลำดับโปรตีนเป็นเพียงข้อความอย่างเดียว มันจะรวมการแสดงข้อมูลที่เสริมกันเพื่อสร้างแบบจำลองปฏิสัมพันธ์ที่เกี่ยวข้องกับการนำเสนอแอนติเจนและการจดจำเซลล์ T ImmunoStruct ได้แสดงให้เห็นถึงประสิทธิภาพการทำนายที่แข็งแกร่งในเอพิโทปของโรคติดเชื้อ (ชุดข้อมูล IEDB ^{[ 27 ]} ) และนีโอเอพิโทปของมะเร็งในมนุษย์ (ชุดข้อมูล CEDAR ^{[ 28 ]} ) และสามารถนำไปใช้กับเอพิโทปของ SARS-CoV-2 และการทำนายการอยู่รอดของมะเร็งได้ กลไกความสนใจแบบหลายโมดอลช่วยให้แบบจำลองสามารถให้น้ำหนักที่แตกต่างกันแก่ลำดับ โครงสร้าง และคุณลักษณะทางชีวเคมีสำหรับเปปไทด์แต่ละตัว ทำให้สามารถวิเคราะห์ตัวกำหนดโครงสร้างและปฏิสัมพันธ์ของเปปไทด์-MHC ที่เกี่ยวข้องกับภูมิคุ้มกันได้

• วัคซีน
• ระบบภูมิคุ้มกันแบบปรับตัว
• สารกระตุ้นภูมิคุ้มกัน
• โปรตีนของเซลล์เจ้าบ้าน

• เครื่องมือของนักภูมิคุ้มกันวิทยา: การสร้างภูมิคุ้มกันใน: Charles Janeway , Paul Travers, Mark Walport, Mark Shlomchik: ภูมิคุ้มกันวิทยา ระบบภูมิคุ้มกันในสุขภาพและโรคภัยไข้เจ็บฉบับที่ 6 สำนักพิมพ์ Garland Science, นิวยอร์ก 2004, ISBN 0-8153-4101-6หน้า 683–684
• Descotes, Jacques (มีนาคม 2009). "ความเป็นพิษต่อภูมิคุ้มกันของแอนติบอดีโมโนโคลนอล" . mAbs . 1 (2): 104– 111. doi : 10.4161/mabs.1.2.7909 . PMC  2725414 . PMID  20061816 .
• แพลตฟอร์มภูมิคุ้มกันวิทยาแห่งยุโรปhttp://www.eip.eu เก็บถาวรเมื่อ 2023-12-06 ที่Wayback Machine
• De Groot, Anne S.; Martin, William (พฤษภาคม 2009). "การลดความเสี่ยง การปรับปรุงผลลัพธ์: วิศวกรรมชีวภาพเพื่อสร้างโปรตีนบำบัดที่มีภูมิคุ้มกันน้อยลง" ภูมิคุ้มกันวิทยาทางคลินิก 131 ( 2): 189– 201. doi : 10.1016/j.clim.2009.01.009 . PMID  19269256 .
• Porcelli, Steven A.; Modlin, Robert L. (เมษายน 1999). "ระบบ CD1: โมเลกุลนำเสนอแอนติเจนสำหรับการรับรู้ลิปิดและไกลโคลิปิดของเซลล์ T". Annual Review of Immunology . 17 (1): 297– 329. doi : 10.1146/annurev.immunol.17.1.297 . PMID  10358761 .
• ครูส, จูเลียส เอ็ม.; ลูอิส, โรเบิร์ต อี. (1998). แอตลาสแห่งภูมิคุ้มกันวิทยา . โบคา ราตัน: สำนักพิมพ์ซีอาร์ซี. ISBN 978-0-8493-9489-8.