Aplicaciones Single Cell para la investigación de COVID-19

Investigadores de todo el mundo están respondiendo a la necesidad de comprender la biología subyacente del nuevo coronavirus, centrándose en aspectos tales como cómo infecta el virus, qué determina la susceptibilidad a la infección específica del tipo celular, qué grado de respuesta inmune distingue los casos graves y leves, y qué anticuerpos se pueden aprovechar para atacar y detener el virus.

Las tecnologías multiómicas unicelulares y espaciales han surgido como herramientas cruciales para las enfermedades infecciosas, lo que permite una comprensión holística de COVID-19, sus efectos en el cuerpo y cómo abordar los posibles tratamientos. Los científicos ya han utilizado soluciones 10x Genomics para resolver la especificidad celular y tisular de la infección por SARS-CoV-2, descubrir las relaciones entre las respuestas inmunitarias y la gravedad de COVID-19 e identificar rápidamente nuevos reactivos de profilaxis de anticuerpos.

Como ejemplo, a continuación se resaltan algunos de los trabajos más recientes donde se han utilizado las soluciones de 10x Genomics:

Los resultados mostrados por Patterson y colaboradores indicaban que la terapia con un antagonista CCR5, Lironlimab, podría reducir la tormenta de citoquinas, resolver la profunda célula T CD-8  linfopenia de céulas T CD8 y reducir la carga viral plasmática a indetectable niveles para el día 14. Estos datos apoyan estudios recientes que sugirieron el potencial de  CCR5 como target terapéutico en COVID-19. Este grupo utilizaron la solución Single Cell Immune Profiling la cual les permitió estudiar las diferencias entre los perfiles de expresión genética e identificar marcadores que aportasen información sobre la efectividad del tratamiento con el inhibidor Lironlimab (1).

En el caso de Yao y colaboradores utilizaron la solución Single Cell Gene Expression para analizar el transcriptoma de pacientes infectados por COVID-19, pues otros estudios mostraban una disfunción inmunológica en estadios severos de la COVID-19. Para ello partieron de células mononucleares de sangre periférica (PBMCs) de pacientes sanos, pacientes con sintomatología moderada, pacientes con el síndrome de dificultad respiratoria (SDRA) y pacientes ya recuperados de este síndrome. Los datos revelaron perfiles transcriptómicos indicios de presentación de antígeno defectuosa y capacidad de respuesta al interferón (IFN) disminuida en monocitos de pacientes con SDRA, mientras que los linfocitos presentaban una mayor capacidad de respuesta a la señalización de IFN. Por otro lado, los genes implicados en la actividad citotóxica están suprimidos tanto en las células NK como en los linfocitos T CD8; además de una deficiente activación de las células B, lo que coincide con un aclaramiento viral retrasado en pacientes gravemente enfermos con COVID-19. Gracias a este estudio con la solución Single Cell Gene Expression de 10x Genomics, Yao y colaboradores pudieron concluir que los pacientes con SDRA por COVID-19 tienen un estado de desequilibrio de las respuestas inmunes que podrían estar contribuyendo a una evolución más grave de la enfermedad (2).

Por último, un ejemplo de aplicación de la Solución Single Cell ATAC de 10x Genomics es el trabajo llevado a cabo por Zhen y colaboradores. En este trabajo combinaron  las técnicas scRNA-seq, citometría de masas y scATAC-seq para comparar los tipos de células inmunitarias en sangre periférica procedente de joven, anciana y pacientes con COVID-19. Los resultados obtenidos mostraban que el perfil de las células inmunes cambia con la edad y es caracterizado por una polarización de las células T de nativas y memoria hacia efectoras, citotóxicas y reguladoras, junto con un aumento de las células NK tardías, células B  y dendríticas asociadas a la edad y monocitos inflamatorios. Además, la expresión de genes implicados en la susceptibilidad al coronavirus se encontraban aumentados en un subtipo celular específico relacionado con la edad (3).

 

Referencias:

  1. Patterson BK, Seethamraju H, Dhody K, Corley MJ, Kazempour K, Lalezari J, Pang APS, Sugai C, Mahyari E, Francisco EB, Pise A, Rodrigues H, Wu HL, Webb GM, Park BS, Kelly S, Pourhassan N, Lelic A, Kdouh L, Herrera M, Hall E, Bimber BN, Plassmeyer M, Gupta R, Alpan O, O’Halloran JA, Mudd PA, Akalin E, Ndhlovu LC, Sacha JB. CCR5 inhibition in critical COVID-19 patients decreases inflammatory cytokines, increases CD8 T-cells, and decreases SARS-CoV2 RNA in plasma by day 14. Int J Infect Dis. 2021 Feb;103:25-32. doi: 10.1016/j.ijid.2020.10.101. Epub 2020 Nov 10. PMID: 33186704; PMCID: PMC7654230.
  2. Yao C, Bora SA, Parimon T, Zaman T, Friedman OA, Palatinus JA, Surapaneni NS, Matusov YP, Cerro Chiang G, Kassar AG, Patel N, Green CER, Aziz AW, Suri H, Suda J, Lopez AA, Martins GA, Stripp BR, Gharib SA, Goodridge HS, Chen P. Cell-Type-Specific Immune Dysregulation in Severely Ill COVID-19 Patients. Cell Rep. 2021 Jan 5;34(1):108590. doi: 10.1016/j.celrep.2020.108590. Epub 2020 Dec 16. PMID: 33357411; PMCID: PMC7744012.
  3. Zheng Y, Liu X, Le W, Xie L, Li H, Wen W, Wang S, Ma S, Huang Z, Ye J, Shi W, Ye Y, Liu Z, Song M, Zhang W, Han JJ, Belmonte JCI, Xiao C, Qu J, Wang H, Liu GH, Su W. A human circulating immune cell landscape in aging and COVID-19. Protein Cell. 2020 Oct;11(10):740-770. doi: 10.1007/s13238-020-00762-2. Epub 2020 Aug 11. PMID: 32780218; PMCID: PMC7417788.