De la inflamație la fibroză. Cercetătorii analizează modificările celulare în deteriorarea pulmonară cauzată de COVID-19

O echipă internațională de cercetători a descoperit modificări semnificative în răspunsul celular pe măsură ce deteriorarea pulmonară provocată de SARS-CoV-2 avansează. Studiul, publicat în Nature Communications, evidențiază etapele distincte prin care răspunsul imun se transformă treptat în fibroză pulmonară – cicatrizarea țesutului pulmonar – la pacienții cu forme severe de COVID-19.

Un studiu de amploare asupra răspunsului celular

Cercetarea, realizată în cadrul UK Coronavirus Immunology Consortium (UK-CIC) de experți de la Wellcome Sanger Institute, Imperial College London, Newcastle University și Harvard University, a utilizat tehnologii avansate de cartografiere celulară pentru a analiza răspunsul imun și modificările tisulare din plămânii pacienților cu COVID-19. Acest studiu face parte din inițiativa internațională Human Cell Atlas, care își propune să cartografieze toate tipurile celulare din corpul uman.

Rezultatele au evidențiat noi markeri moleculari care disting etapele progresive ale afectării alveolelor pulmonare. Identificarea acestor mecanisme celulare deschide calea unor cercetări ulterioare privind procesele inflamatorii din formele severe ale bolii.

De la inflamație la fibroză pulmonară

COVID-19 a provocat peste 7 milioane de decese la nivel mondial, principala cauză fiind insuficiența respiratorie. Deteriorarea pulmonară cauzată de virus este cunoscută sub denumirea de leziune alveolară difuză (DAD). Alveolele sunt saci de aer în plămâni, responsabili de schimbul de oxigen și dioxid de carbon în timpul respirației.

Studiul a arătat că DAD evoluează prin mai multe faze, fiecare cu trăsături patologice distincte. În timp ce cercetările anterioare s-au concentrat pe răspunsul imun în stadiile avansate ale DAD, diferențele dintre etapele timpurii și cele tardive erau puțin cunoscute. O mai bună înțelegere a acestor diferențe este esențială pentru dezvoltarea unor tratamente menite să prevină formele severe ale bolii.

Prin combinarea secvențierii ARN la nivel unicelular și a transcriptomicii spațiale pe mostre de țesut pulmonar prelevate post-mortem, cercetătorii au identificat activitatea genică, biomarkerii moleculari și interacțiunile celulare asociate fiecărei etape ale DAD.

De la inflamație la fibroză. Cercetătorii analizează modificările celulare în deteriorarea pulmonară cauzată de COVID-19 - FOTO: Freepik

Undele inflamatorii și modificările celulare

În stadiul incipient al DAD, cercetătorii au observat o activare a genelor asociate răspunsului inflamator protector, inclusiv o expresie crescută a genelor interleukinei – proteine esențiale în reglarea imunității. De asemenea, au descoperit o creștere a expresiei genelor legate de metalotioneină, care joacă un rol în protecția celulară împotriva nivelurilor toxice de metale.

Unul dintre cele mai surprinzătoare rezultate ale studiului a fost identificarea unor valuri succesive de macrofage – un tip esențial de celule imune – pe măsură ce DAD evoluează de la faza inițială la cea avansată.

În stadiul avansat al DAD, echipa de cercetare a detectat o creștere a markerilor asociați fibrozei pulmonare – o afecțiune caracterizată prin cicatrizarea și rigidizarea țesutului pulmonar, ceea ce îngreunează respirația.

Dereglarea fibrinolizei și formarea cheagurilor de sânge

O altă descoperire importantă a studiului a fost identificarea modificărilor în reglarea genelor implicate în fibrinoliză – procesul natural de dizolvare a cheagurilor de sânge. Cercetătorii au demonstrat că gena SERPINE1 joacă un rol esențial în disfuncția fibrinolizei la pacienții cu COVID-19, fiind mai activă în stadiile timpurii ale DAD și influențată de semnalele provenite de la macrofagele asociate bolii.

Această descoperire ar putea contribui la dezvoltarea unor terapii care să împiedice formarea excesivă a cheagurilor și să restabilească fluxul sanguin în țesutul pulmonar.

Perspective pentru viitoarele tratamente

Cercetătorii speră că o înțelegere mai detaliată a mecanismelor celulare și moleculare implicate în deteriorarea pulmonară progresivă va contribui la dezvoltarea unor tratamente eficiente pentru pacienții cu COVID-19 sever.

"Studiul nostru ne-a permis să conturăm o imagine mai clară a modului în care plămânii reacționează la virusul SARS-CoV-2. Am identificat noi tipuri de celule care se modifică între stadiile timpurii și avansate ale deteriorării pulmonare.

De asemenea, am descoperit subgrupuri de macrofage care se acumulează în fazele incipiente ale infecției și modul în care acestea se transformă pe măsură ce boala se agravează. Rezultatele noastre oferă o înțelegere mai detaliată a unei boli care continuă să afecteze oameni din întreaga lume", a subliniat Dr. Jimmy Tsz Hang Lee.

Dr. Sam Barnett a evidențiat rolul formării cheagurilor de sânge în formele severe ale bolii.

"Una dintre trăsăturile definitorii ale formelor severe de COVID-19 este coagularea în vasele de sânge ale plămânilor. Am identificat factorii și celulele implicate în acest proces, sugerând că acumularea cheagurilor de sânge se datorează unei dereglări a mecanismelor de dizolvare a acestora.

Aceasta ar putea reprezenta o țintă terapeutică pentru reducerea blocajelor și restabilirea circulației sanguine în plămâni", a precizat dr. Sam Barnett.

Dr. Martin Hemberg a subliniat importanța metodelor utilizate.

"Combinarea datelor obținute prin secvențierea la nivel unicelular cu cele ale transcriptomicii spațiale ne-a permis să identificăm rapid genele și biomarkerii moleculari asociați diferitelor stadii ale deteriorării alveolare.

Această metodă integrată oferă o înțelegere aprofundată a proceselor moleculare din COVID-19, un pas major în descifrarea acestui virus care continuă să aibă un impact semnificativ la nivel global", a spus dr. Martin Hemberg.

Rezultatele acestui studiu reprezintă un progres important în înțelegerea COVID-19 și a modului în care răspunsul imun poate contribui la deteriorarea pulmonară. Descoperirile privind tranziția de la inflamație la fibroză, precum și mecanismele implicate în coagularea sângelui, ar putea deschide noi direcții pentru dezvoltarea unor tratamente care să prevină formele severe ale bolii.