Evaluation of the immune response to SARS-CoV-2 in ICU patients with COVID-19

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Palma, Carolina Santos
Data de Publicação: 2021
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: eng
Título da fonte: Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)
Texto Completo: http://hdl.handle.net/10451/54125
Resumo: Tese de mestrado, Ciências Biofarmacêuticas, 2021, Universidade de Lisboa, Faculdade de Farmácia.
id RCAP_5576d4c02df1d07cb99d3fbd5af7dae6
oai_identifier_str oai:repositorio.ul.pt:10451/54125
network_acronym_str RCAP
network_name_str Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)
repository_id_str 7160
spelling Evaluation of the immune response to SARS-CoV-2 in ICU patients with COVID-19COVID-19SARS-CoV-2ICU patientsImmune responseAntibodiesCytokines/chemokinesTeses de mestrado - 2021Ciências da SaúdeTese de mestrado, Ciências Biofarmacêuticas, 2021, Universidade de Lisboa, Faculdade de Farmácia.No final do ano de 2019, foi descoberto um novo vírus altamente contagioso ao qual se deu o nome de SARS-CoV-2, (Severe Acute Respiratory Syndrome Coronavirus 2) o qual provoca a doença COVID-19. Mundialmente, a disseminação contínua de COVID-19 tornou-se um enorme problema de saúde pública com consequências sociais, económicas e políticas devastadoras. Devido ao seu recente surgimento, existe uma grande carência de informação sobre o seu comportamento e da resposta imune do hospedeiro. Esta tese tem como objetivo caracterizar a resposta(s) imune(s) desencadeada pelo SARS-CoV-2 numa coorte de doentes internados nos cuidados intensivos (CI) com COVID-19. Além disso, também pretendemos encontrar padrões associados à qualidade e amplitude das respostas imunes nestes doentes. Os participantes do estudo foram recrutados no Hospital Curry Cabral, em Lisboa, de 14 de março a 14 de junho de 2020. Todos os participantes elegíveis tinham uma infeção provocada por SARS-CoV-2, confirmada por RT-PCR, e caracterizada por uma evolução clínica grave, o que resultou na sua admissão na unidade de cuidados intensivos (UCI) do hospital. De forma a acompanhar a progressão da doença ao longo do tempo de internamento, foram colhidas amostras de sangue aproximadamente a cada 3 dias em cada doente. Além disso, de acordo com os níveis de CRP monitorizados no momento de admissão nos cuidados intensivos, os doentes foram estratificados de acordo com o estado clínico em doentes graves (CRP<200µg/mL) ou doentes críticos (CRP>200µg/mL). Inicialmente, analisámos a resposta humoral mediada por anticorpos entre os dois grupos de doentes. Ao analisarmos os títulos de IgG e IgM específicos para a proteína spike S1, S2 e para a nucleocapside, não observamos diferenças significativas entre os 2 grupos, durante o tempo de permanecia nos CI. No entanto, foi possível observar que os títulos de anticorpos IgM e IgG específicos para a spike S1 eram mais elevados quando comparados com os títulos para a nucleocapside. O que sugere que a proteína spike é mais imunogénica do que a nucleocapside, e que os anticorpos contra esta proteína têm um papel importante na eliminação viral e na recuperação dos doentes. Curiosamente, não detetamos níveis de anticorpos IgG e IgM específicos para a subunidade S2, mostrando a baixa imunogenicidade desta subunidade da proteína spike. Na admissão aos cuidados intensivos, os níveis de anticorpos IgG anti-spike S1 e anti-nucleocapsíde estavam 4 e 2 vezes aumentados, respetivamente, em relação ao background do ensaio de ELISA. No entanto, os títulos de anticorpos IgG continuaram a aumentar até aproximadamente ao 6º dia após a admissão, onde atingiram o plateau. Relativamente aos níveis de anticorpos IgM, estes permaneceram constantes durante o tempo de internamento no UCI. Os níveis de IgM específicos para a Spike S1 estavam 2 vezes aumentados relativamente ao cutpoint, enquanto os níveis de IgM específicos para a nucleocapsíde estavam próximos do cutpoint. Relativamente, aos níveis de anticorpos IgA específicos para a S1 e para a N, observámos uma grande variação entre os dois grupos CRP-estratificados. Os títulos de anticorpos IgA aumentaram até atingir um pico por volta do 6º dia após a admissão na UCI, mas rapidamente decresceram até valores próximo do background do ensaio. Em contraste, a variação nas respostas de anticorpos foi extremamente díspar nos doentes críticos. Enquanto alguns doentes apresentavam uma resposta semelhante à observada nos doentes graves, outros não apresentavam qualquer resposta. Em suma, o perfil cinético da resposta dos anticorpos observado neste estudo é consistente com o reportado em estudos anteriores. No entanto, é possível observar variações temporais na cinética das respostas entre os vários estudos. É ainda importante notar que os doentes que sucumbiram ao COVID-19 não desenvolveram elevados títulos de anticorpos contra as várias proteínas SARS-CoV-2 testadas (Spike S1, S2 e Nucleocapsíde). Nos primeiros dias após entrada no UCI foi possível detetar títulos de anticorpos neutralizantes (NAbs), porém esses títulos eram relativamente baixos. Destaca-se um aumento ligeiro nos títulos de NAbs nos doentes graves em relação aos doentes em estado crítico. Em ambos os grupos, os títulos de NAbs atingiram o seu pico aproximadamente ao 6º dia após a admissão na UCI, permanecendo estáveis durante o restante período de internamento. De forma geral, os doentes graves apresentaram uma resposta cinética para os anticorpos neutralizantes idêntica à dos doentes críticos, contudo apresentaram sempre níveis de NAbs ligeiramente superiores. É, no entanto, de notar que os doentes que morreram não desenvolveram títulos de NAbs ou o seu surgimento foi tardio, sugerindo que as respostas de anticorpos contra SARS-CoV-2 desempenham um papel essencial na sobrevivência à COVID-19. Foi ainda possível notar que os níveis de NAbs estão fortemente correlacionados com os níveis de anticorpos IgG, mas não com as restantes classes IgM e IgA. Estudos anteriores demonstraram que os anticorpos neutralizantes direcionados para o domínio de ligação ao recetor (RBD) são imunodominantes durante as infeções por SARS-CoV-2. Com base nessas observações, decidimos estudar a reatividade das amostras de plasma dos doentes COVID-19 contra os epítopos do RBD do SARS-CoV-2. Observámos, pela primeira vez, a existência de dois clusters de peptídeos, cluster 1 e cluster 2, nos quais a reatividade das amostras de plasma de doentes foi superior. Ao comparar a reatividade entre os dois clusters foi possível observar que o cluster 2 apresentava reatividade superior em relação ao cluster 1. Curiosamente, ao analisar a localização dos clusters na estrutura tridimensional da proteína spike do SARS-CoV-2, vemos que o cluster 2 está localizado no local de interação do RBD com o seu recetor, o ACE2 (angiotensin-converting enzyme 2), em contraste com o cluster 1, que está localizado no local oposto. Estas observações sugerem que os anticorpos direcionados a estes clusters, particularmente ao cluster 2, são mais prováveis de possuírem uma atividade neutralizantes. Ao analisar a resposta entre doentes graves e críticos não foi possível encontrar diferenças significativas na imuno-reatividade dos peptídeos. No entanto, foi possível perceber que em ambos os grupos, alguns doentes exibiam um padrão distinto de reatividade para os diversos epítopos do RBD. Esses resultados sugerem que a progressão da doença não está inteiramente associada aos títulos e ao alvo dos anticorpos, mas também a outros mecanismos da resposta imune, como a resposta inflamatória mediada por citocinas. Foi ainda possível observar um aumento da reatividade ao longo do tempo de internamento em quase todos os doentes, sendo consistente com as melhorias observadas dos doentes. No entanto, mais estudos são necessários para confirmar a capacidade neutralizante dos anticorpos direcionados a esses dois clusters. Por último, mostrámos que a assinatura COVID-19 foi caracterizada por um aumento dos níveis de várias citocinas inflamatórias e quimiocinas, das quais destacamos as seguintes: GM-CSF, TNF-α, IFN-γ, IL-1β, IL-5, IL- 6, IL-8, e MIP3a. Os doentes que não sobreviveram, revelaram um perfil de citocinas divergente, caracterizado ou por uma resposta exacerbada ou pela falta de resposta. Os resultados apresentados neste trabalho demostram que vários mecanismos da resposta imune do hospedeiro parecem estar implicados na imunopatogénese da COVID-19. Através da análise da resposta de anticorpos, podemos perceber que estes desempenham um papel importante na progressão e no desfecho clínico da COVID-19. Além disso, a análise da assinatura de citocinas pode dar orientações aos profissionais de saúde para modular a resposta imune inflamatória no estágio inicial da doença, evitando assim trajetórias clínicas graves e até a morte.The coronavirus disease 2019 (COVID-19) pandemic, caused by the severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2), has infected millions of people. Unprecedent efforts have been performed by the scientific community worldwide with the aim to develop an effective treatment or vaccine against SARS-CoV-2. The aim of this thesis was to characterize the immune responses triggered by SARS-CoV-2 in a cohort of severe COVID-19 patients. Analysis of antibody responses revealed that almost 100% of patients developed spike S1-, and nucleocapsid-specific IgM, IgG, and IgA antibodies, during intensive care hospitalization. On the other hand, Spike S2-specific IgG and IgM antibody responses were not detected. In addition, non-survival patients failed to develop high titers of antibodies against SARS-CoV-2 proteins tested. Moreover, in the early stage of hospitalization, patients already presented neutralizing antibody (NAb) titers yet relatively low. Median Nab titers increased during the first days of intensive care (IC) hospitalization and remained constant until discharge. Furthermore, characterization of antibody response to receptor-binding domain (RBD) epitopes from SARS-CoV-2 revealed the existence of two clusters of peptides, in which the reactivity of IC patients' plasma samples was higher. The immunoreactivity of cluster 2 stands out compared to cluster 1. This cluster is located in the RBD site of interaction with its receptor, the ACE2, suggesting that antibodies targeting these epitopes are more likely to be Nabs. Moreover, we showed that the COVID-19 signature was characterized by an upregulation of several pro-inflammatory cytokines and chemokines such as GM-CSF, TNF-α, IFN-γ, IL-1β, IL-5, IL-6, IL-8, and MIP3a. Elevated cytokine levels were correlated with a worse disease prognosis. Non-survival patients revealed a divergent cytokine profile, characterized by either an exacerbated or a lack of response. We concluded that several mechanisms of host immune response are being implicated in COVID-19 immunopathogenesis. Antibody responses likely play an important role in COVID-19 progression and outcome. Furthermore, the cytokine signature responses may give important hints to clinicians and thereby raising the possibility to modulate the inflammatory immune response in the early disease stage avoiding bad clinical trajectories and ultimately death.Com o patrocínio da Faculdade de Farmácia da Universidade de LisboaGonçalves, JoãoRepositório da Universidade de LisboaPalma, Carolina Santos2022-08-12T12:16:27Z2021-02-252021-01-292021-02-25T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfhttp://hdl.handle.net/10451/54125TID:202992055enginfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)instname:Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãoinstacron:RCAAP2023-11-08T17:00:30Zoai:repositorio.ul.pt:10451/54125Portal AgregadorONGhttps://www.rcaap.pt/oai/openaireopendoar:71602024-03-19T22:05:05.755494Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos) - Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãofalse
dc.title.none.fl_str_mv Evaluation of the immune response to SARS-CoV-2 in ICU patients with COVID-19
title Evaluation of the immune response to SARS-CoV-2 in ICU patients with COVID-19
spellingShingle Evaluation of the immune response to SARS-CoV-2 in ICU patients with COVID-19
Palma, Carolina Santos
COVID-19
SARS-CoV-2
ICU patients
Immune response
Antibodies
Cytokines/chemokines
Teses de mestrado - 2021
Ciências da Saúde
title_short Evaluation of the immune response to SARS-CoV-2 in ICU patients with COVID-19
title_full Evaluation of the immune response to SARS-CoV-2 in ICU patients with COVID-19
title_fullStr Evaluation of the immune response to SARS-CoV-2 in ICU patients with COVID-19
title_full_unstemmed Evaluation of the immune response to SARS-CoV-2 in ICU patients with COVID-19
title_sort Evaluation of the immune response to SARS-CoV-2 in ICU patients with COVID-19
author Palma, Carolina Santos
author_facet Palma, Carolina Santos
author_role author
dc.contributor.none.fl_str_mv Gonçalves, João
Repositório da Universidade de Lisboa
dc.contributor.author.fl_str_mv Palma, Carolina Santos
dc.subject.por.fl_str_mv COVID-19
SARS-CoV-2
ICU patients
Immune response
Antibodies
Cytokines/chemokines
Teses de mestrado - 2021
Ciências da Saúde
topic COVID-19
SARS-CoV-2
ICU patients
Immune response
Antibodies
Cytokines/chemokines
Teses de mestrado - 2021
Ciências da Saúde
description Tese de mestrado, Ciências Biofarmacêuticas, 2021, Universidade de Lisboa, Faculdade de Farmácia.
publishDate 2021
dc.date.none.fl_str_mv 2021-02-25
2021-01-29
2021-02-25T00:00:00Z
2022-08-12T12:16:27Z
dc.type.status.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/publishedVersion
dc.type.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/masterThesis
format masterThesis
status_str publishedVersion
dc.identifier.uri.fl_str_mv http://hdl.handle.net/10451/54125
TID:202992055
url http://hdl.handle.net/10451/54125
identifier_str_mv TID:202992055
dc.language.iso.fl_str_mv eng
language eng
dc.rights.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/openAccess
eu_rights_str_mv openAccess
dc.format.none.fl_str_mv application/pdf
dc.source.none.fl_str_mv reponame:Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)
instname:Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informação
instacron:RCAAP
instname_str Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informação
instacron_str RCAAP
institution RCAAP
reponame_str Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)
collection Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)
repository.name.fl_str_mv Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos) - Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informação
repository.mail.fl_str_mv
_version_ 1799134602573381632

Registros relacionados