Dans une récente étude publiée sur bioRxiv* serveur de pré-impression, les chercheurs ont développé des nanoparticules de type virus (VLNP) du syndrome respiratoire aigu sévère coronavirus 2 (SARS-CoV-2) avec un noyau de points quantiques (QD). Notamment, la pointe SARS-CoV-2 (S) était attachée à des chaînes phospholipidiques polymères qui formaient une enveloppe micellaire autour des QD.
Bien qu’il y ait peu de preuves que le SRAS-CoV-2 se réplique à l’intérieur du système nerveux central (SNC), le dysfonctionnement neurologique est assez courant chez les patients guéris de la maladie à coronavirus 2019 (COVID-19). Par conséquent, dans la présente étude, les chercheurs ont étudié la neuroinflammation induite par le dérèglement de la barrière hémato-encéphalique (BBB).
L’incorporation de nanoparticules inorganiques fluorescentes, telles que les QD, dans les VLNP améliore la sensibilité pour les applications de biodétection et de bioimagerie, car les QD présentent des propriétés photophysiques améliorées. En fait, des études récentes ont suggéré une excellente stabilité et spécificité des sondes biologiques incorporant des QD en plus d’atténuer les préoccupations liées à la toxicité des QD.
Sommaire
À propos de l’étude
Dans la présente étude, les chercheurs ont utilisé des COVID-QD, imitant structurellement et fonctionnellement les virions du SRAS-CoV-2 pour provoquer une réponse immunologique dans des cellules cultivées sans infection. Ils ont évalué le mimétisme fonctionnel des COVID-QD dans un in vitro modèle de la BHE dérivée d’une lignée de cellules endothéliales cérébrales murines (bEnd.3) cultivées sur des membranes transwell.
En outre, l’équipe a utilisé la microscopie à fluorescence pour déterminer si les monocouches bEnd.3 étaient perméables aux COVID-QD, entraînaient une augmentation de l’inflammation et des fuites à travers les monocouches et induisaient une neuroinflammation dans les cultures neurogliales.
L’équipe a également utilisé la résistance électrique transendothéliale (TEER) pour déterminer les changements dans l’intégrité de la BHE. Simultanément, ils ont utilisé l’analyse immunocytochimique pour étudier la localisation de la protéine de jonction serrée (TJ) claudine 5 (CLDN-5).
Pour valider davantage le mimétisme fonctionnel des COVID-QD, les chercheurs ont également effectué l’analyse immunocytochimique des changements dans l’expression de la molécule d’adhésion vasculaire 1 (VCAM-1). Il est à noter que VCAM-1 régule l’adhérence associée à l’inflammation aux cellules endothéliales et joue un rôle dans la migration transendothéliale des cellules immunitaires inflammatoires à travers la BHE.
Enfin, les chercheurs ont effectué un test de résazurine comme indice d’une chaîne respiratoire mitochondriale intacte dans les cellules endothéliales pour confirmer que ces changements fonctionnels n’étaient pas un effet cytotoxique des COVID-QD ou de la protéine S.
Résultats de l’étude
Les COVID-QD ont reproduit avec précision les dimensions physiques et le nombre moyen de protéines S liées à la surface signalées pour les virions du SRAS-CoV-2, telles que mesurées dans des études précédentes utilisant la microscopie électronique cryogénique (cryo-EM) et la microscopie à force atomique (AFM). Leurs propriétés photophysiques ont permis une lecture fluorescente de la localisation et de l’interaction avec les cibles biomoléculaires.
Les monocouches bEnd.3 ont répondu aux COVID-QD de la même manière qu’au traitement avec du S soluble. En conséquence, les COVID-QD ont induit une perte de TJ endothéliale et une régulation positive des molécules inflammatoires dans un in vitro modèle du BBB.
Ces changements phénotypiques fonctionnels se sont inversés lorsque les monocouches bEnd.3 traitées au COVID-QD ont reçu de l’enzyme de conversion de l’angiotensine humaine soluble 2 (hACE2) ou de l’URMC-099, un inhibiteur pénétrant dans le cerveau de la kinase de lignée mixte 3 (MLK3) et de la répétition riche en leucine inhibiteur de la kinase de type 2 (LRRK2).
De même, après le traitement COVID-QD, l’URMC-099 pourrait inverser l’induction du perlage dendritique, un marqueur de lésion neuronale synaptodendritique dans un modèle de co-culture de l’unité neurovasculaire NVU.
Par rapport aux témoins non traités, les traitements au COVID-QD et au S soluble ont entraîné des diminutions statistiquement significatives de la TEER, indiquant une diminution de l’intégrité de la barrière. Les auteurs n’ont pas observé de régulation à la hausse de l’expression de VCAM-1 dans les monocouches traitées avec le peptide perturbateur de TJ (TJDP), ce qui suggère que les COVID-QD et la protéine S ont initié l’inflammation et la perte de TJ.
Les monocouches de cellules bEnd.3 traitées avec des micelles QD dépourvues de protéine S n’ont pas dérégulé la localisation de CLDN-5 ni induit l’expression de VCAM-1. Ainsi, la confirmation des interactions entre les monocouches de cellules COVID-QD et bEnd.3 était spécifique à la protéine S.
conclusion
L’étude a souligné que les COVID-QD pourraient s’avérer inestimables pour interroger les déficits neurologiques associés au SRAS-CoV-2. Pour résumer, les nanoparticules imitant le SRAS-CoV-2 ont réduit l’intégrité de la monocouche bEnd.3 en perturbant la formation de TJ et en induisant un état inflammatoire, avec une expression accrue de VCAM-1.
De plus, l’URMC-099 pourrait être une thérapeutique potentielle contre les lésions NVU médiées par le SRAS-CoV-2 car elle réduit la perméabilité de la barrière, atténue la perte de CLDN-5 localisée à la membrane et empêche l’induction de VCAM-1.
Une expression accrue de GFAP a indiqué que COVID-QD réduisait l’induction de signes neuro-inflammatoires. En conséquence, il y avait une diminution des perles dendritiques, une distribution spatiale améliorée des densités post-synaptiques et une astrogliose affaiblie.
Ces résultats ont indiqué que le SRAS-CoV-2 a provoqué une immunomodulation physiochimique directe de la BHE. En outre, ceux-ci ont soutenu l’utilisation de l’URMC-099 comme traitement d’appoint pour atténuer la dérégulation de la NVU.
Les études futures devraient se concentrer sur les lectures fonctionnelles de la fonction neurogliale altérée associée aux données présentées par l’étude actuelle. De même, des études basées sur des analyses transcriptomiques et protéomiques sont justifiées pour élucider les voies immunomodulatrices de la neuroinflammation médiée par le SRAS-CoV-2.
*Avis important
bioRxiv 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/les comportements liés à la santé, ou traités comme des informations établies.
