Sunkiais COVID-19 atvejais neutrofilai veikia visą parą

Sunkiais COVID-19 atvejais neutrofilai veikia visą parą

Ligos, sindromai

SARS-CoV-2 koronaviruso infekcijų eiga priklauso ne tik nuo viruso agresyvumo, bet ir nuo užsikrėtusio asmens imuninio atsako. Naudodama vienaląsčių analizę, tyrėjų grupė, vadovaujama Samantha Praktiknjo iš Berlyno Charité sveikatos instituto (BIH), Markuso Landthalerio iš Max Delbrück centro ir Jakobo Trimperto iš Freie Universität Berlin nustatė du skirtingus modelius, būdingus vidutinio sunkumo. ir atitinkamai sunkios ligos eigos. Mokslininkai laikui bėgant sugebėjo stebėti, kas vyksta molekulinėje biologijoje nuo infekcijos pradžios iki organų pažeidimo.

Kaip rašo grupė, pagrindiniai ląstelių lygmens veikėjai yra neutrofilai (imuninės ląstelės) ir endotelio ląstelės (kraujagysles dengiančios ląstelės Ląstelių ataskaitos.

Visiems, norintiems teigiamai paveikti SARS-CoV-2 progresavimą, reikia informacijos apie ankstyvą infekcijos fazę. Tyrimai su pacientais, kurie jau užsikrėtė COVID-19, vyksta per vėlai ligos procese. Kita vertus, gyvūnų modeliai gali būti naudojami norint ištirti, kas atsitinka nuo infekcijos momento.

„Naudodami vienaląsčių RNR analizę galime rinkti duomenis apie genų ekspresiją daugelyje atskirų ląstelių ir stebėti molekulinius biologinius procesus infekcijai progresuojant“, – aiškina dr. Samantha Praktiknjo, Berlyno Charité sveikatos instituto mokslininkė ir viena iš paskutiniai naujai paskelbto tyrimo, kuriame dalyvavo mokslininkai iš BIH, Max Delbrück centro, Charité-Universitätsmedizin Berlin ir Freie Universität Berlin, bendraautoriai.

„Mūsų tyrimas parodo, koks galingas gali būti vienaląsčių technologijų ir pažangiausios bioinformatinės analizės derinys, kai reikia tirti sudėtingas ligas ir jų komplikacijas, tokias kaip sunkus plaučių uždegimas, kurį sukelia COVID-19. sako profesorius Markusas Landthaleris, kuris vadovauja Max Delbrück centro laboratorijai ir yra vienas iš paskutiniųjų šio tyrimo autorių.

Plaučių mėginių vienos ląstelės sekos nustatymas

Prieš vertindami jų svarbą žmonėms, mokslininkai sistemingai palygino duomenis, gautus iš žmonių COVID-19 tyrimų, įskaitant bronchoalveolių plovimą ir nosies tepinėlį bei plaučių audinio pomirtinį tyrimą, su duomenimis, gautais iš gyvūnų modelio. Įrodyta, kad žiurkėnai yra tinkamas gyvūnų modelis COVID-19, nes jie gali būti lengvai užkrėsti tais pačiais SARS-CoV-2 variantais, kaip ir žmonės, ir turėti panašų ligos modelį.

Naudodami vienos ląstelės RNR sekos nustatymą, mokslininkai ištyrė sveikų ir užsikrėtusių gyvūnų plaučių biopsijas skirtingais laiko momentais po užsikrėtimo. Jie palygino dinamiškus ląstelinius ir molekulinius procesus dviejose skirtingose ​​žiurkėnų rūšyse: auksiniame arba siriniame žiurkėne, kuriam būdingas vidutinio sunkumo COVID-19 eiga, ir Roborovskio nykštukinio žiurkėno, kurio liga paprastai progresuoja sunkiai.

Vienos ląstelės RNR sekos nustatymas gali būti naudojamas norint išsiaiškinti, kurios genetinės informacijos dalys buvo suaktyvintos ląstelėse mėginių ėmimo metu. „Vienaląstės RNR sekos nustatymo technika leidžia mums gauti apžvalgą, kas vyksta skirtingose ​​audinių mėginių ląstelėse“, – sako Praktiknjo.

Pastarųjų metų tyrimai parodė, kad agresyvus viruso pobūdis nėra vienintelis veiksnys, lemiantis sunkias COVID-19 infekcijos eigas. Svarbų vaidmenį atlieka ir šeimininko organizmo uždegiminis atsakas. Uždegimas yra gyvybiškai svarbus gynybos mechanizmas, apsaugantis organizmą nuo patogenų ir yra visiškai normalus. Tačiau kai uždegimas įsibėgėja ir išskiria daug priešuždegiminių signalinių molekulių, jis gali pakenkti įvairiems organams.

Sunki ligos eiga nustatoma anksti

Kas nulemia, ar paciento liga bus sunki, anksčiau nebuvo aišku, taip pat nebuvo aišku, kada tiksliai nustatoma ši liga. Berlyne įsikūrę mokslininkai siekė rasti atsakymus į šiuos klausimus naudodamiesi išsamia vienos ląstelės RNR sekos analize. Tai apėmė naujų mašininio mokymosi metodų panaudojimą ląstelių aktyvumui apibūdinti nuo užsikrėtimo momento, leidžiantį mokslininkams nustatyti du skirtingus genų aktyvavimo modelius gyvūnų modelyje.

Tiek vidutinio sunkumo, tiek sunkiais COVID-19 atvejais neutrofilų granulocitai (arba neutrofilai), priklausantys pirmajai įgimto imuninio atsako gynybos linijai, suaktyvėja netrukus po užsikrėtimo. Vidutiniais atvejais neutrofilai aktyvuojami trumpam laikui, bet tada kitos imuninės ląstelės, pvz., natūralios žudančios ląstelės (1 tipo imuninis atsakas), perima viršų. Tačiau sunkiais atvejais neutrofilai išlieka visam laikui suaktyvinti (3 tipo imuninis atsakas), o tai sukelia priešuždegiminių signalų „audrą“ ir masines uždegimines reakcijas plaučiuose.

Sunkaus COVID-19 progresavimo požymis yra daugelio organų endotelio (kraujagyslių gleivinės) pažeidimas. Abiejose žiurkėnų rūšyse mokslininkai nustatė stiprų plaučių kraujagyslių endotelio aktyvavimą, kuris paskatino neutrofilus išlaisvinti priešuždegiminius signalus. Dėl to Roborovskio žiurkėno endotelio pažeidimai buvo dideli, tačiau auksinio žiurkėno endotelio ląstelės grįžo į pradinę būseną, nepatyrusios didelės žalos.

„Mūsų metodika leido mums pirmą kartą dokumentuoti itin svarbų endotelio ląstelių vaidmenį vystant sunkią ligos eigą“, – sako dr. Stefanas Peidli, vienas pirmųjų tyrimo autorių.

„Mūsų tyrimai patvirtina ir išplečia išvadas apie pernelyg didelio imuninio ir uždegiminio atsako vaidmenį sergant COVID-19“, – priduria Praktiknjo. „Mes tęsime savo tyrimus šia kryptimi ir tikimės nustatyti novatoriškų gydymo būdų, kurie gali būti naudojami siekiant anksti nukreipti infekcijos procesą teisingu keliu, tikslus.”