Cientistas de vários hospitais e centros de pesquisa mostraram o que acontece em células individuais de pacientes que morreram de COVID-19. Em um estudo publicado na Nature, os pesquisadores descrevem como células infectadas de vários órgãos exibiram uma série de mudanças moleculares e genômicas. Eles também viram sinais de tentativas múltiplas e malsucedidas dos pulmões de se auto-regenerarem em resposta à insuficiência respiratória, que é a principal causa de morte em pacientes com COVID-19.
“Você realmente sente a tragédia da doença quando vê esse resultado”, disse Aviv Regev, co-autor sênior do estudo e membro do Instituto Broad do MIT e Harvard quando o estudo começou. “O pulmão tenta de tudo à sua disposição e ainda não consegue se consertar. Este foi um estudo muito emocionante. Somos gratos aos pacientes e familiares que concordaram em doar tecidos para a pesquisa do COVID-19 para ajudar a avançar no entendimento desta devastadora doença.”
Os pesquisadores estudaram o tecido obtido em autópsias de 17 indivíduos que sucumbiram ao COVID-19 e foram atendidos no Beth Israel Deaconess Medical Center, Brigham and Women’s Hospital e Massachusetts General Hospital.
A equipe investigou como o vírus SARS-CoV-2 interfere com a função das células e seus programas genéticos. Eles usaram dados de sequenciamento de RNA de célula única de amostras de tecido retiradas de 11 sistemas de órgãos – incluindo pulmões, coração, fígado e rins – para construir um “atlas celular” abrangente de centenas de milhares de células individuais, mostrando como COVID-19 pode conduzir a falência de órgãos e morte.
“Nós sabíamos que pessoas estavam morrendo de pneumonia relacionada ao COVID e complicações extrapulmonares”, disse Alexandra-Chloé Villani, membro associado do Broad, investigador principal do Mass General, professor assistente de medicina na Harvard Medical School, e co- autor sênior do estudo. “Antes deste estudo, tínhamos conhecimento limitado dos mecanismos celulares e moleculares que estavam envolvidos na condução da morte de um paciente.”
O estudo detalha os resultados de uma colaboração de pesquisadores do Broad Institute, Mass General, do Ragon Institute of MGH, MIT e Harvard, MIT, Beth Israel Deaconess Medical Center, Brigham and Women’s Hospital, Columbia University Irving Medical Center e outras instituições . Uma equipe liderada pelos colaboradores da Columbia foi co-autora de um estudo complementar que também foi publicado na Nature.
O atlas de células da equipe está livre e abertamente disponível para outros cientistas explorarem. Eles também criaram um biobanco de 420 espécimes a partir das amostras de autópsia que podem ser usados para outros estudos COVID-19. “Criamos um recurso fundamental para outros pesquisadores usarem no futuro para fazer perguntas específicas”, disse Orit Rozenblatt-Rosen, co-autor sênior e cientista do instituto e diretor científico do Observatório de Células Klarman em Broad quando o estudo começou . “Esperançosamente, nossas descobertas permitirão às pessoas encontrar melhores terapêuticas para COVID-19.”
Novas técnicas para um novo vírus
Para aprender sobre os mecanismos celulares subjacentes à falência de órgãos causada pelo COVID-19, os pesquisadores sabiam que precisavam estudar os próprios órgãos. Para isso, eles precisariam de amostras de autópsias.
Trabalhar com amostras de autópsia é um desafio em circunstâncias normais. Para lidar com amostras que podem conter um novo patógeno altamente contagioso, os pesquisadores desenvolveram novos protocolos de coleta e processamento de tecidos compatíveis com os requisitos de um laboratório de Nível 3 de Biossegurança.
“Queríamos garantir que pudéssemos aprender e compartilhar o máximo humanamente possível para ajudar a prevenir futuras mortes, ao mesmo tempo em que priorizamos a segurança e o bem-estar de todos os envolvidos. Isso não foi pouca coisa, dadas as restrições relacionadas ao COVID e todas as incertezas ao redor. Foi incrível ver dezenas de cientistas e profissionais médicos de vários institutos se reunindo como uma parceria colaborativa para projetar e coordenar cuidadosamente nossos esforços experimentais e computacionais “, disse o membro do instituto e co-autor sênior Alex K. Shalek, que também é membro do Ragon Institute, e um professor associado de química, um membro principal do Institute for Medical Engineering and Science, e um membro extra do Instituto Koch para Pesquisa Integrativa do Câncer no MIT.
A equipe então traçou o perfil do RNA das células individuais e desenvolveu novos métodos para analisar e anotar as grandes quantidades de dados de sequência. Eles compararam assinaturas de expressão gênica de células diferentes: células danificadas por COVID-19 e células não infectadas de pacientes com COVID-19, bem como células de pacientes com outras doenças e de indivíduos saudáveis.
Havoc nos pulmões
O conjunto mais extenso de descobertas foi nos pulmões. Os cientistas ficaram surpresos com a extensão das mudanças nos programas genéticos que encontraram lá. “O vírus causa estragos nos pulmões e podemos vê-lo nas células”, disse Regev.
Uma das principais causas de dano pulmonar no COVID-19 é a destruição das células AT1, que permitem a respiração e a transferência de gases. Os cientistas descobriram que, à medida que as células AT1 morriam, as células pulmonares relacionadas, chamadas AT2, tentavam se converter em células AT1 por meio de um processo denominado transdiferenciação. Mas essa tentativa foi interrompida no meio do caminho, deixando as células em um estado intermediário que costuma ser visto em pacientes com outras doenças pulmonares, como fibrose pulmonar.
Em uma última tentativa de autorreparação, os pulmões tentaram transformar células de partes superiores das vias aéreas, conhecidas como células progenitoras semelhantes a basais intrapulmonares, em células AT1. Essa tentativa de transdiferenciação só havia sido vista em modelos de camundongos.
As descobertas sugerem que a insuficiência pulmonar em pacientes foi causada pela incapacidade das células pulmonares de ultrapassar o dano causado pelo vírus à medida que as células tentavam se regenerar.
Mudança de programas
O artigo também descreve como o vírus afeta outros tecidos fora dos pulmões. Uma descoberta surpreendente foi que, enquanto o coração sofreu danos significativos e mostrou evidências de programas genéticos alterados em muitos tipos de células diferentes, havia muito pouco RNA viral no próprio tecido cardíaco. “Se isso significa que o vírus já foi eliminado, ou que o coração foi um dano colateral, é uma área para pesquisas futuras”, disse Regev.
Os pesquisadores também analisaram 27 genes diferentes que estudos anteriores de associação do genoma ligaram a COVID-19 grave. Eles se concentraram em um punhado que era altamente expresso em tipos de células-chave no novo estudo, particularmente aqueles em pulmões infectados. Essa descoberta ajuda a restringir a lista de fatores genéticos potenciais para doença grave e destaca os tipos de células que podem ser mais relevantes no COVID-19 grave.
A equipe agora planeja terminar a análise dos outros tecidos autopsiados, como cérebro, baço e traqueia, para traçar um quadro mais completo da patologia do COVID-19 e fornecer um recurso para estudos futuros.
Publicado em 01/05/2021 14h52
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