L’infection par le coronavirus 2 du syndrome respiratoire aigu sévère (SRAS-CoV-2) conduit à la constellation de signes et de symptômes appelés maladie à coronavirus 2019 (COVID-19). Bien qu’il s’agisse principalement d’une maladie respiratoire, il existe des modifications distinctives du type et du nombre de cellules sanguines dans le COVID-19. Une nouvelle étude réalisée par une équipe de chercheurs en Allemagne décrit la nature de ces changements. L’équipe a publié ses conclusions sur le bioRxiv* serveur de pré-impression.
Dans le COVID-19 sévère et critique, les dommages systémiques sont causés par une inflammation incontrôlée. L’implication de cellules immunitaires activées telles que les lymphocytes T, les monocytes et leurs homologues phagocytaires, les macrophages, est la clé de cette hyperinflammation. Des anomalies de la coagulation et des phénomènes thrombotiques sont également observés de manière caractéristique au cours de cette condition, provoquant le blocage des vaisseaux sanguins à divers sites.
Sommaire
Modifications des cellules sanguines par cytométrie de déformabilité
Les cellules sanguines présentent des changements biochimiques, mécaniques et morphologiques en réponse au stimulus qu’elles subissent lors d’un épisode de maladie infectieuse. En fait, des études antérieures ont montré que les modifications mécaniques des cellules sanguines peuvent être utilisées comme marqueur de la maladie, ce qui peut contribuer à l’occlusion de plusieurs cellules sanguines dans de telles conditions.
L’étude actuelle a entrepris d’explorer ces changements, en utilisant la cytométrie de déformabilité en temps réel (RT-DC). Il s’agit d’une technologie à haut débit utilisée pour examiner mécaniquement jusqu’à 1 000 cellules par seconde, sur la base d’une imagerie sans étiquette. Cela a été dans des études précédentes pour décrire les profils des cellules sanguines dans une variété de conditions, y compris la sphérocytose, le paludisme, la leucémie lymphoïde aiguë et la leucémie myéloïde aiguë.
Changements de numéro de cellule
L’étude montre des changements dans le phénotype physique des globules rouges et blancs. Il a interrogé sur 4×106 cellules sanguines de 55 échantillons de sang. Parmi ceux-ci, 17 et 14 étaient des patients COVID-19 actuels et récupérés, et 24 étaient des volontaires indemnes de maladie infectieuse ou inflammatoire évidente.
Le nombre de globules blancs s’est avéré élevé dans les cas sévères de COVID-19, en particulier dans la neutrophilie et la lymphopénie. Le rapport médian des neutrophiles aux lymphocytes (NLR) est passé de ~ 1 à plus de 3,6, et chez plusieurs patients, les lymphocytes étaient huit fois plus nombreux que les neutrophiles. Il a été démontré que le NLR reflète les chances de mourir du COVID-19.
Certains échantillons ont montré une augmentation des monocytes, mais dans l’ensemble, le rapport des monocytes aux globules blancs totaux se situait dans la plage normale, à 2-8%. Chez certains patients, il est passé au-dessus de 10%. Les éosinophiles sont restés largement normaux.
Ainsi, en utilisant cette technique, les chercheurs ont découvert que les résultats de la formule sanguine conventionnelle reflétaient les résultats de la formule sanguine complète conventionnelle.
Modifications érythrocytaires
Les chercheurs ont découvert que les globules rouges devenaient plus petits et un peu moins déformables lorsque les valeurs médianes étaient utilisées. Cependant, les patients individuels ont montré des changements extrêmes de déformabilité pendant la phase de la maladie, qui n’ont pas été observés dans les stades sains et guéris. Une faible déformabilité inférieure à 0,28 a été observée dans un tiers des cellules de patients hospitalisés, soit le double de celle observée chez les patients guéris et plus de trois fois le nombre observé chez les donneurs sains.
Des différences persistaient également entre la cohorte saine et rétablie, indiquant la nature à long terme de ces changements. La taille des cellules a également montré une distribution plus large.
La raison de ces changements peut être due aux altérations structurelles et fonctionnelles des globules rouges observées avec COVID-19, comme en témoignent les dommages permanents causés par l’infection aux protéines des globules rouges. Cela est dû au stress oxydatif, les propriétés de la membrane étant gravement affectées, entraînant une altération de la fonction de transport de l’oxygène des globules rouges.
Il est important de se rendre compte que la durée de vie moyenne d’un globule rouge est de quatre mois, ce qui indique que ces cellules endommagées continuent à circuler en tant que telles, étant incapables de synthétiser de nouvelles protéines pour réparer ou remplacer celles endommagées. Cela pourrait faire partie de la pathogenèse de cette condition.
La perte de déformabilité rend les globules rouges plus susceptibles d’être éliminés par la rate, mais pourrait également induire des dommages hypoxiques en réduisant la microcirculation. Les cellules avec seulement des changements mineurs dans les caractéristiques déformables peuvent cependant échapper à la séquestration splénique et continuer à circuler jusqu’à ce que leur durée de vie soit terminée. Cela peut être une source de symptômes et de signes « long-courriers » du COVID-19.
Diminution de la rigidité des lymphocytes
L’étude a également montré que si la taille des lymphocytes restait standard, ils devenaient plus déformables chez les patients hospitalisés, mais pas de manière significative chez les patients guéris, par rapport aux témoins. Le module de Young, une mesure établie de la rigidité, s’est avéré être réduit d’une médiane de 1,15 kPa à 1,03 kPa dans le premier groupe.
Le volume des cellules monocytes augmente
Les monocytes participent directement à la réponse inflammatoire, mais se différencient également en macrophages ou cellules dendritiques pour recruter d’autres cellules immunitaires et cibler d’autres voies de signalisation. Dans COVID-19, la taille des monocytes a augmenté chez les patients hospitalisés par rapport aux autres groupes d’une médiane de 9,5% lorsque la section transversale est considérée. La largeur de distribution a également augmenté en raison de l’apparition de très grandes cellules.
Les volumes de cellules sont également passés d’une médiane de 303 μm3 pour les témoins sains, et de 305 ± 19,4 μm3 pour les patients guéris, à 354 μm3 chez les patients hospitalisés, avec des cellules très et peut-être très phagocytaires. Cela confirme les résultats antérieurs. La rigidité des monocytes est cependant restée inchangée.
Les lymphocytes sont moins raides dans le sang périphérique des patients hospitalisés COVID-19. Diagramme de dispersion typique de la déformation des lymphocytes en fonction de la taille des cellules (surface en coupe) d’un donneur de sang sain sans infection virale connue (A) par rapport à un patient quatre mois après avoir subi un COVID-19 (B) et un patient avec COVID-19 dans une unité de soins intensifs (C). (D) Tracés d’estimation de la densité du noyau démontrant les différences de taille de cellule et de déformation entre les trois donneurs (AC). (E) Aucune différence significative dans la taille des cellules lymphocytaires n’a été trouvée entre les donneurs de sang sains (gris, n = 24), les patients récupérés environ cinq mois après avoir subi le COVID-19 (vert, n = 14) et les patients hospitalisés avec le COVID-19 ( jaune, n = 17). (F) Les lymphocytes présentent une déformation significativement accrue chez les patients hospitalisés COVID-19. (G) Le module de Young des lymphocytes est significativement plus élevé chez les patients COVID-19 par rapport aux donneurs sains ou récupérés. Des comparaisons statistiques ont été effectuées en utilisant le test de Kruskal-Wallis avec le test posthoc de Dunn, * p <.05, ** p <.01, *** p <.001.
Activation des neutrophiles
Les neutrophiles du COVID-19 sont devenus plus gros et plus volumineux chez les patients hospitalisés. Ils sont également devenus plus diversifiés, avec quelques très grandes cellules observées. La déformation a également augmenté, en tandem avec leur taille, comme cela a été montré comme caractéristique des neutrophiles activés. Ainsi, cette méthode rapide et purement mécanique d’évaluation des neutrophiles pourrait être utilisée pour doser l’activation des neutrophiles.
Il y avait une petite diminution du module de Young médian pendant COVID-19, qui a persisté pendant la période de récupération, ainsi que des changements dans la taille et le volume des neutrophiles. Cela confirme également les rapports antérieurs faisant état d’un nombre plus élevé de neutrophiles chez les patients guéris, indiquant la marque durable du COVID-19 sur le système immunitaire.
Comparaisons directes avant et après
Chez trois patients, la RT-DC a été réalisée avant qu’ils ne contractent une infection par le SRAS-CoV-2. Cette rare opportunité de suivi après qu’ils sont tombés malades avec le COVID-19 a montré que les résultats ci-dessus étaient des reflets valides des changements phénotypiques et mécaniques survenus dans les globules rouges.
Quelles sont les implications?
Les résultats montrent, pour la première fois, une réduction marquée de la rigidité lymphocytaire, avec des tailles de monocytes et de neutrophiles plus importantes. Les neutrophiles sont également devenus plus déformables et étaient dans un état activé, tandis que les globules rouges sont devenus plus petits et moins déformables.
Les changements mécaniques peuvent être dus à des altérations induites par les cytokines du cytosquelette des cellules sanguines, car une tempête de cytokines est connue pour se produire chez la plupart des patients hospitalisés COVID-19. Les modifications des globules blancs pourraient expliquer la survenue de thromboses microvasculaires et d’embolie pulmonaire
Même des mois après la sortie de l’hôpital, certains de ces marqueurs sont restés modifiés par rapport aux résultats du groupe témoin, indiquant les effets prolongés du COVID-19 sur le système cardiovasculaire. Étant donné que les neutrophiles ne survivent qu’en moyenne un jour, la persistance de tels changements peut indiquer des voies immunologiques altérées de façon permanente, voire des effets à long terme d’une infection virale directe des cellules souches de la moelle osseuse.
Les résultats soulignent la valeur de cette méthode peu coûteuse pour surveiller l’évolution clinique du COVID-19, et en particulier la réponse immunitaire.
Le phénotypage physique sans étiquette des cellules sanguines avec cytométrie de déformabilité en temps réel fournit un moyen rapide, sensible et impartial de détecter les changements fonctionnels dans les cellules.
Un grand nombre de jeux de données RT-DC doit être acquis pour identifier certains profils comme étant caractéristiques de conditions spécifiques. Des études futures axées sur cet aspect de l’infection dans un échantillon plus large pourraient aider à produire de meilleures méthodes de diagnostic pour de telles conditions, en particulier lorsque le diagnostic moléculaire n’est pas encore possible, comme dans la phase précoce de la pandémie actuelle.
*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.
