Au cœur de la pandémie de COVID-19, les hôpitaux se battent pour maintenir des soins de qualité pour les patients atteints de maladies graves tout en faisant face à une pénurie de ressources et à une compréhension limitée du nouveau coronavirus.
Un médecin de première ligne – Dr. Ariel Jaitovich, médecin en soins pulmonaires et en soins intensifs au Albany Medical Center à New York – a recherché une collaboration avec des chercheurs du Morgridge Institute for Research et du Département de chimie biomoléculaire de l'École de médecine et de santé publique de l'Université du Wisconsin (SMPH) ) pour mieux comprendre le profil moléculaire de COVID-19 et fournir des informations susceptibles d'améliorer le traitement.
C'est une nouvelle maladie. Il y a deux mois, nous n'en savions rien. Ce que nous essayons de faire maintenant, c'est de faire un travail systématique pour mieux comprendre en quoi consiste cette maladie. «
Dr Ariel Jaitovich, médecin en soins pulmonaires et en soins intensifs, Albany Medical Center à New York
En analysant environ 150 échantillons COVID-19 de patients du Albany Medical Center, l'équipe de recherche collaborative espère mieux comprendre quels facteurs influencent si un patient souffrira de complications telles que le syndrome de détresse respiratoire aiguë (SDRA).
Un exemple est le concept immunologique d'une tempête de cytokines – où la réponse inflammatoire du système immunitaire devient excessive – comme déclencheur possible du SDRA.
« Il n'y a pas de compréhension claire de savoir si ces gens qui font vraiment du mal sont ceux qui ont un niveau toxique d'inflammation … si cette tempête de cytokines est nécessairement associée à de moins bons résultats chez les patients COVID », explique Jaitovich.
Jaitovich a contacté l'investigateur de Morgridge, le professeur SMPH et l'expert en spectrométrie de masse Josh Coon pour l'aider parce que, dit-il, « Josh dirige l'un des laboratoires les plus sophistiqués et les plus avancés pour étudier les protéines. »
Coon dirige le Laboratoire de spectrométrie de masse biomoléculaire à UW-Madison et il avait cherché un moyen de tirer parti de la technologie de son laboratoire pour aider à la pandémie. Les efforts du laboratoire seront gérés par la directrice associée de LBMS, Katie Overmyer, et la scientifique adjointe Evgenia Shishkova.
« C'est ce que nous faisons. Nous prenons un problème, nous appliquons nos technologies. Nous aidons nos collaborateurs à résoudre ce problème », explique Overmyer.
L'équipe de recherche utilise une approche appelée spectrométrie de masse pour mesurer les lipides, les protéines et d'autres petites molécules appelées métabolites dans des échantillons de patients hospitalisés avec COVID-19. Ils seront comparés à des échantillons de contrôle de patients hospitalisés dont le test de COVID-19 a été négatif.
La technologie permet aux scientifiques d'identifier différents composés et de mieux comprendre leurs propriétés. Coon dit que cela peut les aider à identifier les signaux moléculaires qui pourraient distinguer un cas bénin d'un cas grave.
Une grande partie de la recherche précédente sur les coronavirus et la grippe s'est généralement concentrée sur la protéomique (protéines), les lipidomiques (lipides) et la métabolomique (métabolites) séparément, note Overmyer. « Cette approche multi-omique est relativement nouvelle et pas encore bien adoptée », dit-elle. « Je pense que ce sera l'outil vraiment puissant ici, pour pouvoir les lier et peut-être faire de meilleures inférences sur ce qui se passe qu'une seule (approche) ne le permettrait. »
En plus du processus de tempête des cytokines, Coon dit qu'il existe d'autres indicateurs potentiels de gravité de la maladie qui impliquent des facteurs de coagulation sanguine dans les vaisseaux pulmonaires. L'équipe de recherche espère que l'étude des différentes protéines, métabolites et lipides impliqués dans ces mécanismes de maladie uniques peut en révéler plus sur ce qui se passe chez les patients atteints de COVID-19.
« Pouvons-nous stratifier ces patients sur la base de ces mesures moléculaires et aider à prédire ce que pourrait être un résultat? Je pense que ce sont les objectifs généraux: vraiment essayer de comprendre ce qui se passe au niveau moléculaire », dit Coon.
Alors que le laboratoire Coon travaille sur la caractérisation des signatures moléculaires, l'équipe de Jaitovich travaillera également à identifier les influences génétiques sur la maladie. Pour analyser ces données, qui impliquent le séquençage de l'ARN, Jaitovich collabore avec les experts en bioinformatique de Morgridge Ron Stewart et Scott Swanson.
« Nous devrions être en mesure de nous faire une idée des gènes ou des ensembles de gènes impliqués dans des choses comme l'inflammation, et en quoi cela pourrait différer entre COVID-19 et d'autres cas de SDRA », explique Stewart, chercheur principal et directeur associé de la bioinformatique à Morgridge.
Swanson dirigera l'analyse pour déterminer s'il existe des profils d'expression génique uniques qui pourraient différer entre les cas bénins et les cas graves. « Je peux regarder ces gènes, et nous avons toutes sortes de bases de données à notre disposition qui nous indiquent quels gènes sont liés à différentes caractéristiques physiologiques », dit-il. « Nous suivons les traces des techniques établies qui ont produit des résultats dans ce domaine spécifique du SDRA, sinon nécessairement pour les coronavirus. Donc, je suis optimiste que quelque chose d'intelligible et de significatif sortira même de ce premier passage d'analyse. «
En combinant les données de spectrométrie de masse avec les données de séquençage de l'ARN, Jaitovich dit que le résultat final de ce projet est d'identifier des cibles potentielles pour aider à traiter la maladie.
« Ceci est extrêmement important pour de nombreuses raisons, car vous pouvez, par exemple, intervenir tôt auprès de personnes qui sont plus susceptibles de faire pire au fil du temps sur la base de ces premiers marqueurs identifiés », dit-il. « Vous pouvez mieux allouer des ressources dans un moment où il y a une pénurie de ressources pour faire face à cette pandémie. »
L'équipe travaille à l'analyse des échantillons de patients dès leur arrivée.
« Certainement, aussi longtemps que nous sommes en affaires … il n'y a jamais eu une pandémie comme celle-ci avec une telle urgence pour vraiment trouver une solution scientifique », a déclaré Coon.
«C'est difficile, car nous traitons des problèmes concrets de patients qui en souffrent ou qui perdent des êtres chers. Vous savez, beaucoup d'anxiété», explique Jaitovich. « D'un autre côté, il y a beaucoup de soutien, y compris les travailleurs de la santé, les patients et les familles. Il y a un soutien massif de la part de la direction de l'institution … ils sont tous déterminés à travailler ensemble vers l'objectif commun: soulager la souffrance des gens. »
La source:
Institut Morgridge pour la recherche