Des chercheurs rapportent une biopsie liquide pour COVID-19

Une nouvelle étude publiée sur le serveur de pré-impression medRxiv * en juillet 2020, rapporte le potentiel de l'ADN acellulaire en tant que marqueur de la gravité de la maladie dans le COVID-19. Cela pourrait aider à trier les patients et fournir un marqueur pronostique.

La pandémie actuelle de COVID-19 est causée par le coronavirus 2 du syndrome respiratoire aigu sévère (SRAS-CoV-2) et est devenue une crise de santé publique importante dans le monde. Il s'agit d'une maladie multisystémique, même si elle semble être la plus reconnaissable comme une pneumonie sévère conduisant au syndrome de détresse respiratoire aiguë (SDRA) dans une minorité significative de cas.

Il n'en reste pas moins que l'infection est asymptomatique et, par conséquent, méconnaissable dans la plupart des cas, permettant sa propagation étendue et rapide. Il existe un grand besoin d'identifier des biomarqueurs capables de prédire précocement la gravité de la maladie, afin d'aider à gérer de manière appropriée ces patients. De plus, le mécanisme de la maladie est également loin d'être clair.

Étude: L'ADN sans cellules dans le sang révèle des blessures importantes spécifiques aux cellules, aux tissus et aux organes et prédit la gravité du COVID-19. Crédit d'image: iunewind / Shutterstock

Maladie multisystémique

Des recherches antérieures montrent qu'en plus des poumons, le COVID-19 affecte également le sang, le cœur, les reins, le foie et le cerveau. On pense également qu'une réponse immunitaire incontrôlée contribue à la maladie critique du COVID-19, se manifestant chez certains patients pédiatriques par un syndrome inflammatoire multisystémique.

L'étude actuelle visait à explorer l'utilisation de l'ADN acellulaire (ADNc) en circulation dans le but de trouver des tests permettant de quantifier les lésions survenant simultanément à plusieurs tissus. Une utilisation de ces tests consistera à surveiller la survenue de blessures aux cellules, tissus et organes d'un patient COVID-19. La seconde consiste à évaluer la gravité de la maladie et à prédire ses résultats. Et troisièmement, ils peuvent aider à découvrir l'implication de plusieurs organes dans cette maladie.

Qu'est-ce que l'ADNc?

Les tests prénataux non invasifs ont été rendus possibles pour la première fois après avoir découvert que l'ADNc pouvait être utilisé pour détecter des anomalies génétiques chez le fœtus. Ce sont de courts morceaux d'ADN circulant après la destruction de leurs cellules contenant. Encore une fois, après des transplantations d'organes solides, l'ADNc du donneur marque l'apparition d'un rejet précoce.

Plus récemment, le cfDNA est testé par des techniques épigénétiques pour identifier son tissu d'origine. La présente recherche se concentre sur cette hypothèse, visant à identifier les tissus / organes blessés dans COVID-19.

L'étude: ADNc et tissus d'origine

Les chercheurs ont examiné 52 échantillons sanguins de 5 adultes atteints de COVID-19, collectés sur 14 jours, ainsi que six échantillons de patients atteints d'autres infections respiratoires telles que la grippe B, le virus respiratoire syncytial et les coronavirus endémiques. Ils ont constaté que le cfDNA du poumon était augmenté dans le COVID-19 par rapport aux autres infections respiratoires, ainsi qu'aux précurseurs du foie et des cellules sanguines.

Ils ont ensuite testé 52 autres échantillons provenant de 28 patients COVID-19 inscrits dans un essai clinique, collectés aux jours 1, 5 et 15 à compter du moment de l'inscription tant qu'ils étaient encore à l'hôpital à la date de prélèvement. Ils ont constaté que l'ADNfc pulmonaire était plus élevé que la concentration moyenne la plus élevée chez plus de 60% de ces patients, ainsi que l'ADNcfc provenant du foie et l'ADNcfc dérivé des érythroblastes. En ce qui concerne le laps de temps, ils ont constaté que la lésion tissulaire se rétablissait lentement avec le temps, avec une lente augmentation de la contribution relative de l'ADNfc dérivé des érythroblastes au fil du temps.

Étudier le design. A) Deux cohortes indépendantes ont été utilisées dans notre étude: Premièrement, une cohorte de collecte à haute fréquence avec 5 patients SRAS-CoV-2 (n = 52 échantillons) et 6 patients SARS-CoV-2 négatifs, ARN-virus positifs (n = 6 échantillons). Deuxièmement, un essai contrôlé randomisé de 28 patients atteints du SRAS-CoV-2 avec du plasma à des moments en série (n = 52 échantillons). 4 individus en bonne santé ont offert du plasma pour l'analyse de l'ADN acellulaire. B) Flux de travail expérimental. L'ADNc est extrait du plasma et le séquençage du bisulfite du génome entier est effectué. En parallèle, les profils de méthylation des génomes cellulaires et tissulaires sont obtenus à partir de bases de données accessibles au public. Les profils de méthylation du cfDNA sont comparés à ceux des références cellulaires et tissulaires pour déduire les contributions relatives des tissus aux mélanges de cfDNA. C) UMAP de régions méthylées différentiellement pour les types de cellules et de tissus isolés utilisés comme référence.

Étudier le design. A) Deux cohortes indépendantes ont été utilisées dans notre étude: Premièrement, une cohorte de collecte à haute fréquence avec 5 patients SRAS-CoV-2 (n = 52 échantillons) et 6 patients SARS-CoV-2 négatifs, ARN-virus positifs (n = 6 échantillons). Deuxièmement, un essai contrôlé randomisé de 28 patients atteints du SRAS-CoV-2 avec du plasma à des moments en série (n = 52 échantillons). 4 individus en bonne santé ont offert du plasma pour l'analyse de l'ADN acellulaire. B) Flux de travail expérimental. L'ADNc est extrait du plasma et le séquençage du bisulfite du génome entier est effectué. En parallèle, les profils de méthylation des génomes cellulaires et tissulaires sont obtenus à partir de bases de données accessibles au public. Les profils de méthylation du cfDNA sont comparés à ceux des références cellulaires et tissulaires pour déduire les contributions relatives des tissus aux mélanges de cfDNA. C) UMAP de régions méthylées différentiellement pour les types de cellules et de tissus isolés utilisés comme référence.

cfDNA reflète les blessures et le tissu d'origine

Les chercheurs ont découvert que dans deux cohortes différentes de patients atteints de COVID-19, il y avait des signes de lésions aux poumons, au foie et aux reins. Ils ont également constaté que l'ADNfc provenant de précurseurs de globules rouges augmentait à la fois relativement et absolument chez ces patients par rapport à ceux qui avaient d'autres infections virales à ARN et des témoins sains.

L'ADNc rénal était plus élevé chez les patients atteints de COVID-19 décédés, à 1,5% contre 0,5% chez ceux qui ont survécu et à 0,005% chez les témoins sains.

Une augmentation de la proportion relative d'ADNfc dérivé d'érythroblastes a montré qu'à tout moment, elle prédisait la mortalité du patient hospitalisé. À un score de 9, les patients avaient un cfDNA érythroblastique plus élevé que lorsque le score était de 7-8, bien que tous les patients aient eu une augmentation significative de l'ADNc érythroblastique.

On pense que cela est dû à une augmentation du renouvellement et de la production de globules rouges après l'hémolyse induite par COVID-10, qui à son tour est signalée par l'anémie fréquente chez ces patients. En fait, cet ADNfc correspond à des mesures cliniques de l'anémie. Les mécanismes par lesquels l'anémie est provoquée comprennent l'hyperinflammation et la tempête de cytokines, la phagocytose des globules rouges secondaire à l'inflammation et la formation de microthrombes, qui consomment des globules rouges.

Les chercheurs soutiennent cependant un autre mécanisme putatif, à savoir la production dérégulée de globules rouges secondaire à la liaison virus-ACE2, qui agit via l'angiotensine II. Une lésion directe ou indirecte des précurseurs des globules rouges est une autre source proposée d'ADNc. Des recherches supplémentaires sur les taux circulants de réticulocytes et l'évaluation de la moelle osseuse seront nécessaires pour tester ces possibilités.

Le cfDNA hépatique est en corrélation avec les enzymes hépatiques. En accord avec un autre article, l'étude a également révélé que la lactate déshydrogénase (LDH), connue pour être un marqueur des lésions tissulaires et de la dégradation des globules rouges, est un puissant prédicteur du résultat du COVID-19, en bonne corrélation avec l'ADNc d'érythroblaste. L'utilisation d'ADNc spécifique au tissu peut aider à détecter le tissu endommagé dont la LDH sert de marqueur.

Cohorte de collecte d'échantillons à haute fréquence à l'UCSF. A-B) Contributions tissulaires relatives spécifiques aux patients pour les patients atteints du SRAS-CoV-2 (A) et d'autres patients infectés par le virus à ARN (B). Les triangles indiquent les heures d'échantillonnage. C) Cartes thermiques de la dissemblance de Bray-Curtis. D) Nuage de points de la dissimilarité de Bray-Curtis spécifique au patient (à gauche) et boîte à moustaches de la dissimilitude de Bray-Curtis entre les proportions de tissu d'ADNc provenant d'échantillons prélevés soit le même jour (dans les 24 heures), la même personne (mais pas dans les 24 heures), soit tous les patients (à droite). E) Comparaison de la fraction tissulaire de quatre types de cellules et de tissus (neutrophiles, érythroblastes, poumons et foie) entre les patients positifs pour le SRAS-CoV-2 et d'autres patients positifs pour le virus ARN. *: valeur p <0,05; **: valeur p <0,01; ***: valeur p <0,001 (valeurs p calculées à l'aide d'un test de Wilcoxon)

Cohorte de collecte d'échantillons à haute fréquence à l'UCSF. A-B) Contributions tissulaires relatives spécifiques aux patients pour les patients atteints du SRAS-CoV-2 (A) et d'autres patients infectés par le virus à ARN (B). Les triangles indiquent les heures d'échantillonnage. C) Cartes thermiques de la dissemblance de Bray-Curtis. D) Nuage de points de la dissimilarité de Bray-Curtis spécifique au patient (à gauche) et boîte à moustaches de la dissimilitude de Bray-Curtis entre les proportions de tissu d'ADNc provenant d'échantillons prélevés soit le même jour (dans les 24 heures), la même personne (mais pas dans les 24 heures), soit tous les patients (à droite). E) Comparaison de la fraction tissulaire de quatre types de cellules et de tissus (neutrophiles, érythroblastes, poumons et foie) entre les patients positifs pour le SRAS-CoV-2 et d'autres patients positifs pour le virus ARN. *: valeur p <0,05; **: valeur p <0,01; ***: valeur p <0,001 (valeurs p calculées à l'aide d'un test de Wilcoxon)

Pronostic lié à l'ADNc total

L'étude observe que «un score clinique de 7 ou plus (indiquant la nécessité d'une admission en unité de soins intensifs et de ventilation mécanique invasive) était associé à une forte augmentation de la charge totale d'ADNc.» Ce dernier a décuplé le frp, 1,5 g / μL chez les patients avec des scores compris entre 4-6 et 7-9.

Les chercheurs ont découvert que la quantité totale d'ADNc était comparable à l'échelle ordinale de l'OMS pour la maladie évolutive. À mesure que la quantité d'ADNfc augmentait, le nombre d'admissions en unité de soins intensifs (USI) et le nombre de patients nécessitant une ventilation mécanique augmentaient également.

Fait intéressant, il n'y avait pas de différence significative dans les niveaux d'ADNcf dans le sérum des patients traités par lopinavir / ritonavir, ce qui étayait des essais antérieurs qui n'ont pas fourni de preuve définitive de l'efficacité de ce traitement au-dessus des soins standard.

Implications et conclusion

L'étude résume: «Nous trouvons un soutien significatif en faveur de l'utilité du profilage de l'ADNfc comme outil de pronostic pour la détection précoce et la surveillance des lésions cellulaires et tissulaires associées au COVID-19.» Ce test mini-invasif permet non seulement une image plus détaillée de la gravité clinique de la maladie au moment de la présentation, mais fournit également la preuve de sa corrélation en tant que biomarqueur fiable de la gravité dans les essais cliniques de nouveaux médicaments proposés pour le traitement du COVID-19 .

Deuxièmement, ils restreignent un aspect spécifique, à savoir l'ADNc total, qui peut être mesuré à moindre coût en une heure, pour comparer les résultats des patients dans les essais cliniques ainsi que pour déterminer la prise en charge des patients dans les soins actuels.

*Avis important

medRxiv publie des rapports scientifiques préliminaires qui ne sont pas évalués par des pairs et, par conséquent, ne doivent pas être considérés comme concluants, guider la pratique clinique / le comportement lié à la santé ou être traités comme des informations établies.

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