La guérison d’un COVID-19 sévère se caractérise par une réduction de certains globules blancs et des modifications de la régulation moléculaire du système immunitaire.
C’est la conclusion d’une équipe de recherche internationale coordonnée par DZNE, qui en rend compte dans la revue « Cellule Rapports Médecine« . Les scientifiques ont examiné le sang de 139 patients qui avaient reçu des soins intensifs.
À l’aide d’une nouvelle méthode d’analyse des données, ils ont identifié – malgré les différences individuelles dans l’évolution temporelle de la maladie – des mécanismes de pertinence partagée qui caractérisaient le processus de guérison d’un point de vue immunologique. Ces résultats démontrent une nouvelle approche pour évaluer l’état de la maladie, qui pourrait contribuer à un traitement plus ciblé et donc plus efficace.
L’étude actuelle est le résultat d’un effort international dans lequel DZNE a collaboré avec Helmholtz Zentrum München, l’Institut Technion en Israël et l’Université de Radbourg aux Pays-Bas. Le défi auquel étaient confrontés les chercheurs était d’identifier les points communs dans les données de différents patients. En effet, dans la COVID-19, comme dans de nombreuses autres maladies, le processus de rétablissement peut varier considérablement d’une personne à l’autre, comme en témoignent, par exemple, la façon dont les symptômes se développent au fil du temps et la durée de l’hospitalisation.
Il est donc difficile d’identifier les mécanismes cellulaires et moléculaires généralisables sous-jacents à la maladie. Cependant, ces informations sont pertinentes pour comprendre la nature de la maladie et la réponse de l’organisme – et donc pour décider du traitement optimal. Par conséquent, pour analyser les données, nous avons utilisé une nouvelle méthode que nous avons récemment développée. Notre approche informatique est conçue pour découvrir des modèles communs dans la variété des résultats de différents patients qui peuvent ne pas être évidents. »
Dr Amit Frishberg, premier auteur de l’étude et bioinformaticien et chercheur sur le génome, DZNE – Centre allemand pour les maladies neurodégénératives
Sommaire
Analyses de sang
Le COVID-19 peut affecter plusieurs organes. Cependant, la maladie est connue pour être façonnée de manière significative par la réponse immunitaire. « Cette réponse se reflète dans le sang car c’est là que les globules blancs circulent », explique Frishberg. « Ces cellules sont des composants essentiels du système immunitaire. Par conséquent, notre étude s’est concentrée sur le sang des patients. »
Au total, les chercheurs ont étudié des échantillons de sang de 139 adultes, dont l’âge variait de 21 à 86 ans, et la plupart étaient des hommes. Les données provenaient de trois cohortes différentes. Tous les patients avaient reçu un traitement dans une unité de soins intensifs (USI) comprenant une ventilation : 105 se sont rétablis au point d’être finalement sortis de l’USI, tandis que 34 sont décédés. De la plupart des individus étudiés ici, il y avait plusieurs échantillons de sang, généralement prélevés pendant une période d’environ trois semaines après l’admission aux soins intensifs. De plus, l’état de santé autodéclaré trois mois après l’admission aux soins intensifs (et la sortie subséquente) était disponible pour certains patients.
Un fil conducteur
L’analyse a révélé que le processus de récupération est associé à une réduction progressive du nombre de soi-disant neutrophiles. Ce sont les globules blancs les plus courants et dans l’arsenal du système immunitaire, ils agissent comme l’une des premières lignes de défense contre les agents pathogènes.
« Nous avons constaté que les patients atteints de COVID-19 sévère ont un nombre élevé de neutrophiles matures, c’est-à-dire complètement développés, dans leur sang, dont le nombre diminue pendant le processus de récupération. Les lectures d’autres globules blancs changent également à mesure qu’ils reviennent à des niveaux normaux. , avec certains d’entre eux chutent tandis que d’autres augmentent. Cependant, ces changements sont moins prononcés que dans les neutrophiles », explique Frishberg. « De plus, nous constatons que chez les patients en soins intensifs, une augmentation des neutrophiles matures sur une période prolongée est très susceptible d’entraîner une issue fatale.
C’est peut-être parce que l’augmentation régulière est associée à une réponse immunitaire excessive et donc nocive. Le nombre de ces cellules dans le sang pourrait donc servir de biomarqueur et être plus significatif pour les prédictions du développement de la maladie que d’autres biomarqueurs actuellement en cours de discussion.
Les chercheurs ont détecté d’autres changements au cours de la récupération qui affectent les voies de signalisation moléculaire et les mécanismes de régulation du système immunitaire. « Ce qui est remarquable dans nos découvertes, c’est que la guérison a suivi le même schéma biologique chez tous les patients, malgré les différences individuelles dans l’évolution temporelle de la maladie. Il y a, pour ainsi dire, un fil conducteur. Dans nos données, nous n’avons trouvé aucune preuve que le processus de récupération après un COVID-19 sévère peut suivre différentes trajectoires », déclare Frishberg.
Alignement des transcriptomes
Pour leur analyse, les scientifiques se sont principalement appuyés sur les transcriptomes sanguins. Ces ensembles de données reflètent l’activité des gènes de toutes les cellules sanguines à un moment donné. En règle générale, plus de 10 000 gènes différents sont enregistrés. « Les transcriptomes sanguins fournissent une image très détaillée de ce qui se passe sur le plan immunologique », déclare le professeur Joachim Schultze, directeur de la médecine systémique au DZNE et professeur à l’Université de Bonn, qui a également participé à l’étude actuelle. « L’analyse de ces données très complexes nécessite des techniques informatiques. C’est là que notre nouvelle approche est intervenue. »
La méthode appliquée par les chercheurs repose sur un algorithme de calcul qui organise tous les transcriptomes de différents patients dans une séquence partagée. « Ceci est basé sur des similitudes et sur l’hypothèse que tous les patients récupérés suivent finalement la même trajectoire de récupération. L’idée est que chaque transcriptome est un instantané de l’état de la maladie qui évolue vers l’instantané suivant. Similaire au nombre de cadres individuels qui finissent par faire monter un film », dit Schultze. À partir de ce classement des transcriptomes individuels acquis expérimentalement, un modèle est calculé qui reflète le cours continu du processus de récupération.
En cela, la dynamique biologique dans le temps est caractérisée par un paramètre calculé par l’algorithme. « Étant donné que le processus de récupération peut varier individuellement, la même situation immunologique peut se produire à différents moments chez différents patients, par exemple en ce qui concerne l’apparition des symptômes. Le temps chronologique n’est donc pas une mesure appropriée pour saisir le développement du processus de récupération sur un plan biologique. échelle », explique Schultze.
« Ainsi, notre approche est basée sur le calcul d’un paramètre, appelé pseudo-temps et qui est attribué à chaque échantillon de patient. En cela, un pseudo-temps faible représente un état de maladie grave ou un état initial de guérison, tandis qu’un pseudo-temps élevé indique un état de santé avancé. récupération. »
Une approche pour un meilleur traitement
À partir de ce modèle, les chercheurs ont pu tirer leurs conclusions sur la diminution des neutrophiles et les modifications des mécanismes de régulation, qui n’étaient pas toutes évidentes à partir des données brutes. De plus, avoir accès aux données de différentes cohortes leur a permis de valider leurs résultats et de vérifier si les hypothèses sur lesquelles reposait leur modèle étaient en fait cohérentes avec les résultats expérimentaux.
« Notre étude montre comment extraire des informations à partir de données complexes à l’aide d’algorithmes et de modélisations. Nous pensons qu’il s’agit d’une approche puissante avec un potentiel d’applications étendues. De nombreuses maladies sont caractérisées par des trajectoires de guérison hétérogènes et spécifiques aux patients. À la lumière de cela, notre méthode d’analyse peut également être utile pour la recherche sur des maladies autres que le COVID-19 », note Schultze. « L’essentiel est que notre étude présente une nouvelle approche pour évaluer l’état de rétablissement de la maladie chez les patients en soins intensifs basée sur les transcriptomes sanguins. En pratique, cela peut contribuer à un traitement plus ciblé et donc plus efficace du COVID-19. Compte tenu de cela, il pourrait être intéressant d’évaluer dans quelle mesure de tels examens peuvent être mis en œuvre en routine clinique.
