Поскольку COVID-19 сеет хаос по всему миру, одна особенность инфекции не осталась незамеченной. Заболевание неоднородно по своей природе с симптомами и тяжестью состояния, охватывающими широкий диапазон. Медицинское сообщество теперь считает, что это связано с вариациями в биологии человека-хозяина и имеет мало общего с вирусом как таковым. Некоторый свет на эту загадку проливают доцент СУМИ Томонари из Университета Окаяма, Научно-исследовательский институт междисциплинарных наук (RIIS) и доцент Коджи Харада из Технологического университета Тойохаши, Центра обучения в области информационных технологий (CITE). Дуэт недавно сообщил о своих выводах о дисбалансе в иммунной системе хозяина, который способствует возникновению стойких или тяжелых форм заболевания у некоторых пациентов.

Исследователи начали свое исследование с компьютерного моделирования с моделями, основанными на иммунной системе хозяина и ее естественной реакции на воздействие SARS-CoV-2. Математические уравнения динамики клеток, инфицированных SARS-CoV-2, были добавлены для прогнозирования их поведения. Теперь в иммунной системе есть клетки-мессенджеры, известные как дендритные клетки (ДК). Эти клетки сообщают информацию (в форме антигенов ) о захватчиках воинам, или Т-клеткам, иммунной системы. Модель показала, что в начале инфекции активируются ДК из инфицированных тканей, а затем постепенно начинают формироваться антитела для нейтрализации SARS-CoV-2.

Для исследования длительного течения COVID-19 поведение ДК через 7 месяцев после заражения оценивали с помощью компьютерного моделирования. моделирование базовой модели показало, что ДК резко уменьшались во время пика инфекции и снова медленно накапливались. Тем не менее, они, как правило, остаются ниже уровня до заражения. Эти наблюдения были аналогичны наблюдаемым в клинических образцах пациентов. Казалось, что низкие уровни DC были связаны с устойчивой длительной инфекцией.

Следующим шагом было понять, влияет ли функция ДК на тяжесть заболевания. Было обнаружено, что дефицит антиген-сообщающей функции ДК и пониженный уровень выделяемых ими химических веществ, известных как интерфероны, были связаны с тяжелыми симптомами. Снижение обеих этих функций привело к увеличению количества вируса в крови ( вирусная нагрузка ). Более того, исследователи также обнаружили два фактора, которые влияли на способность вируса к репликации в организме хозяина, а именно: DC, сообщающие об антигенах, и наличие антител против вируса. Аномалии в этих функциях могут препятствовать клиренсу вируса, позволяя ему оставаться в организме дольше, чем ожидалось, тогда как высокая способность этих иммунных функций подавляет репликацию вируса и приводит к быстрому клиренсу вируса.

В этом исследовании были выявлены компоненты иммунного сигналинга, которые непосредственно влияют на исход инфекции COVID-19. «Наша математическая модель предсказала стойкое снижение DC и показала, что некоторые пациенты с тяжелыми и даже легкими симптомами не могут эффективно устранить вирус и потенциально могут развиться затяжной COVID», — заключает дуэт. Лучшее понимание этих иммунных реакций может помочь сформировать прогноз и терапевтические вмешательства против COVID-19.

Фон

Дендритные клетки и иммунная система: Дендритные клетки (ДК) являются частью врожденной иммунной системы организма и присутствуют в областях, вступающих в тесный контакт с патогенами, таких как кожа, дыхательные пути и желудочно-кишечный тракт. Когда эти ткани инфицированы, ДК собирают информацию о возбудителе и отображают ее. ДК активируются и трансформируются в антигенпрезентирующие клетки (АПК). Затем APC мигрируют в лимфатические узлы, где находятся Т-клетки, чтобы сообщить эту информацию. Затем Т-клетки мигрируют к вторгшимся патогенам и убивают их. ДК также играют роль в воспалении, защитном механизме организма, высвобождая интерфероны. Интерфероны — это химические мессенджеры, которые предупреждают соседние клетки о вирусной инфекции.

Известно, что хотя количество ДК с возрастом не изменяется, их функция нарушается. Поскольку пожилые пациенты имеют более высокую склонность к развитию тяжелой формы COVID-19, модели функционирования ДК при тяжелой инфекции были исследованы с помощью экспериментов по компьютерному моделированию.