Міжсекторальне співробітництво, сформоване під час пандемії, підтримало метаболічні дослідження вірусної патології та відповіді господаря, що, у свою чергу, підвищило готовність до пандемії.
Кредит зображення: Corona Borealis Studio/Shutterstock.com
Аспекти співпраці щодо COVID-19
COVID-19 спричинив величезний тиск на глобальні системи охорони здоров’я та став причиною понад 7 мільйонів смертей у всьому світі. Незважаючи на те, що довгостроковий вплив на системи охорони здоров’я, економіку, суспільство та управління залишається значним, пандемія також спровокувала безпрецедентні наукові, клінічні та промислові партнерства.
Ця співпраця прискорює розробку діагностики, вакцин і лікування.
Міжнародна дослідницька мережа COVID-19 є частиною Міжнародної мережі фенотипічних центрів (IPCN) і була створена в квітні 2020 року, щоб забезпечити швидку міжнародну відповідь за допомогою уніфікованих методів молекулярного фенотипування для вивчення метаболічних ефектів інфекції SARS-CoV-2.
Використовуючи досвід IPCN у популяційному фенотипуванні, консорціум об’єднує провідні центри ЯМР та клінічних партнерів для оцінки зразків із різноманітних когорт і отримання порівнянних даних у різних лабораторіях.
ЯМР-спектроскопія була обрана як основний метод через його здатність забезпечити стандартизовану, відтворювану та швидко розгорнуту оцінку цільових і нецільових метаболічних профілів.
Bruker BioSpin є ключовим допоміжним партнером і співголовою робочої групи, що забезпечує універсальну платформу аналізу ЯМР Bruker Avance IVDr (лише для дослідницького використання), яку використовують лабораторії-учасники.
Координуючи збір даних, перевірку та науковий обмін, ця міжнародна дослідницька мережа COVID сприяє більш повному розумінню COVID-19 як системної хвороби та готує до майбутніх досліджень пандемії.
Метаболічний фенотип: точний погляд на захворювання
Ця спільна динаміка природно поширюється на метаболічний фенотип.
Вчені використовують прогресивний ядерний магнітний резонанс і мас-спектрометрію (МС) для отримання молекулярних даних високої щільності з біологічних рідин і зразків тканин. Ці профілі оцінюються за допомогою статистичних моделей, які дають змогу порівнювати індивідуальні та популяційні рівні для визначення ключових метаболічних ознак фізіологічних і патологічних станів.1,2
Здатність відображати такі глибокі біохімічні профілі дозволяє вченим визначати персоналізовані цілі лікування та стратифікувати ризик захворювання.3 Ці функції особливо корисні під час пандемії, оскільки дають змогу зрозуміти метаболічні ефекти SARS-CoV-2.
Структура команди Міжнародної дослідницької мережі COVID-19 покращує цей ефект.
Маючи великий досвід фенотипування популяції, 10 довгострокових партнерів (ANPC, CIC-bioGUNE, Університет Тюбінгена, Університет Любека, Університет Граца, CERM Флоренції, Університет Тронхейма, Університет Вандербільта, Дитяча лікарня Цинциннаті та Bruker як допоміжні партнери) ефективно зібрали та оцінили невеликі набори зразків із різних клінічних центрів.
Після локальної обробки дані були узагальнені для підвищення статистичної значущості.
Усі лабораторії працюють із використанням спільної платформи Bruker Avance IVDr NMR, яка дозволяє стандартизоване цільове та нецільове моделювання. Ця конфігурація також забезпечує швидку перехресну перевірку нових біомаркерів та інноваційних методів.
У цій статті детально описано видатний внесок міжнародної дослідницької мережі COVID-19 у розвиток досліджень COVID-19 і підсумовано вплив на майбутні дослідження нових захворювань.
Метаболічні відкриття, «керовані COVID-19».
Ліпопротеїни: ключові біомаркери для прогнозу, результату захворювання та рівня одужання
Забезпечує повну стандартизацію підготовки зразків, ЯМР-вимірів і аналізу протягом усього дослідження, що дозволяє записувати спектри в прототипний спосіб за допомогою одного типу спектрометра в кількох місцях. Таким чином, спектральні дані з різних місць можна об’єднати для більш масштабних нецільових оцінок.
Одним із найбільш послідовних висновків консорціуму є підвищення рівня тригліцеридів у ліпопротеїнах низької щільності (ЛПНЩ) і ліпопротеїнів дуже низької щільності (ЛПДНЩ) у пацієнтів із гострою інфекцією, швидше за все, через надлишкову продукцію та порушення кліренсу. Ця закономірність може сприяти зв’язку між COVID-19 і резистентністю до інсуліну.
Що ще цікавіше, прогностичні моделі COVID-19 демонструють, що ліпопротеїни є найкращими прогностичними маркерами прогнозу для пацієнтів. Ліпопротеїни, виміряні у зразках сироватки крові, взятих у пацієнтів за 8–61 день до смерті, є цінними дискримінаційними маркерами для розрізнення тих, хто пережив важку інфекцію COVID-19, від тих, хто не пережив.
Метаболічні зміни під час одужання від інфекції SARS-CoV-2
Ще один висновок консорціуму полягав у тому, що молекулярні метаболічні зміни були узгодженими серед населення Європи та Австралії. Гіперглікемія та аномальні амінокислотні профілі постійно спостерігалися в когорті COVID-19. Ця крива узгоджується з метаболічною кривою діабету.4
кооператор консорціуму холмс та ін. і Бізкаганага. та ін. Одужання від інфекції SARS-CoV-2 неоднорідне, у деяких пацієнтів спостерігаються біохімічні відхилення навіть через три-шість місяців після гострої інфекції.5,6 Це дослідження відновлення показало, що деякі люди мали підвищений рівень маркерів запалення GlycA та/або GlycB.
Інша дослідницька група в рамках Мережі COVID-19 проаналізувала зразки сироватки 263 пацієнтів, які були госпіталізовані після позитивного тесту на інфекцію SARS-CoV-2 за допомогою ПЛР, і визначила кетонові тіла як ключові відмінні метаболіти інфекції SARS-CoV-2.
Пацієнти зі стійко підвищеним рівнем кетонів і пірувату демонструють порушення функції мітохондрій. Симптоми втоми, труднощі зосередження та туман головного мозку особливо пов’язані з підвищеним рівнем хінолінової кислоти (нейротоксичного метаболіту) та зниженим рівнем триптофану.7
Методичні розробки після пандемії
На додаток до оцінок на основі сироватки, консорціум досліджує, чи може метаболічний профіль на основі сечі забезпечити додаткове, неінвазивне розуміння інфекції SARS-CoV-2. Це дослідження демонструє доцільність використання зразків сечі для неінвазивної діагностики та прогностичного скринінгу COVID-19.
Порівняно зі здоровими пацієнтами контрольної групи у пацієнтів з COVID-19 спостерігався підвищений рівень глюкози, ацетону, таурину та лактату, тоді як рівні гіпурової кислоти, винної кислоти та креатину були знижені. Метаболічні концентрації в сечі також можна використовувати для визначення тяжкості інфекції.8
Іншим великим досягненням є розробка технології J-edited diffusion (JEDI) протонної ЯМР-спектроскопії. JEDI інтегровано в платформу Bruker IVDr і використовується в модулі аналізу даних PhenoRiskPACS1.0 Bruker, що забезпечує високоточну кількісну оцінку ключових запальних біомаркерів глікопротеїнів GlycA/B і супрамолекулярних фосфоліпідних комплексів SPC1-3.
За допомогою цієї методики ці маркери розділяються шляхом видалення спектральних сигналів малих молекул, великих білків і специфічних піків ліпопротеїнів.
Варто зазначити, що корисність цього підходу виходить далеко за межі COVID-19. Він також виявився цінним для вимірювання SPC1-3 і GlycA/B при інших захворюваннях, таких як сепсис і ожиріння.9,10
на закінчення
Це дослідження, проведене Міжнародною дослідницькою мережею COVID-19, дає глибше та нове уявлення про мультисистемну органну патологію COVID-19 на рівні метаболітів, включаючи ідентифікацію метаболічних сполук, які передбачають вірусну інфекцію.
У результаті дослідники надали цінну інформацію щодо спостереження за пацієнтами під час інфікування SARS-CoV-2 і під час одужання.
Методологічні розробки консорціуму забезпечують точніші та вдосконалені вимірювання ліпопротеїнів і глікопротеїнів, а також дозволяють перевести їх на доступні настільні ЯМР-спектрометри, які можна використовувати в польових умовах. Вони змогли швидко підтвердити ці методи за допомогою багатокогортних досліджень ЯМР.
Посилання та додаткова література
- Бейлз молодший, та ін.. (1988). Метаболічний аналіз рідин організму методом протонного ядерно-магнітного резонансу: самоотоксикація парацетамолом (ацетамінофеном). Магнітний резонанс в медицині6(3), стор. 300–306. DOI: 10.1002/mrm.1910060308.
- Холмс Е., Вілсон І. Д. та Ніколсон Дж. К. (2008). Метаболічні фенотипи в здоров’ї та хворобі. клітина134(5), стор. 714–717. DOI: 10.1016/j.cell.2008.08.026.
- Ніколсон, Дж., Дарзі, А., Холмс, Е. і Ліндон, Дж. К Метаболічний фенотип в персоналізованій та громадській охороні здоров’я. (Academic Press, Сан-Дієго, Каліфорнія, 2016).
- Масуда, Р., та ін.. (2021). Комплексне моделювання плазмових метаболічних і ліпопротеїнових біомаркерів інфекції SARS-CoV-2 в іспанських та австралійських когортах пацієнтів з COVID-19. Журнал досліджень протеоміки20(8), стор. 4139–4152. DOI: 10.1021/acs.jproteome.1c00458.
- Холмс, Е., та ін.. (2021). Неповне системне відновлення та зміна метаболічного фенотипу у негоспіталізованих пацієнтів із COVID-19 під час гострої фази: наслідки для оцінки гострого синдрому COVID-19. Журнал досліджень протеоміки20(6), стор. 3315–3329. DOI: 10.1021/acs.jproteome.1c00224.
- Бізкаганага, М., та ін.. (2021). Метаболомічні дослідження ЯМР плазми виявили, що пацієнти, які одужали від COVID-19, мають неоднорідні метаболічні та ліпідомічні профілі. Застосування ЯМР в біомедицині35(2). DOI: 10.1002/nbm.4637.
- Бруццонет, К., та ін.. (2020). Інфекція SARS-CoV-2 призводить до дисрегуляції метаболомічного та ліпідомічного профілів сироватки. наука23(10), сторінка 101645. DOI: 10.1016/j.isci.2020.101645.
- Лодж, С., та ін.. (2024). Стратифікація пацієнтів із сепсисом, які госпіталізовані у відділення інтенсивної терапії, за диференціальними метаболічними фенотипами плазми. Журнал досліджень протеоміки23 (4), стор. 1328–1340. DOI: 10.1021/acs.jproteome.3c00803.
- Пані Ахмед, та ін.. (2024). Вивчення взаємодії між ожирінням і діабетом: наслідки для розуміння метаболічних розладів у дорослих у Саудівській Аравії. Журнал досліджень протеомів23 (2), стор. 809–821. DOI: 10.1021/acs.jproteome.3c00717.
- Нічке, П., та ін.. (2022). Пряма низькопольна J-редагована дифузійна протонна ЯМР-спектроскопія виміряла запальні біомаркери COVID-19 у сироватці крові людини. аналітик147(19), стор. 4213–4221. DOI: 10.1039/d2an01097f.
Про Bruker BioSpin Group
Bruker BioSpin Group розробляє, виробляє та розповсюджує передові наукові інструменти на основі технологій магнітного резонансу та доклінічної візуалізації. До них належать наші провідні в галузі ЯМР- та ЕПР-спектрометри, а також системи візуалізації, що використовують МРТ, ПЕТ, ОФЕКТ, КТ, оптичні режими та режими MPI. Група також надає інтегровані програмні рішення та інструменти автоматизації для підтримки цифрової трансформації досліджень і середовищ контролю якості.
Клієнти Bruker BioSpin в академічній, державній, промисловій та фармацевтичній сферах покладаються на ці технології, щоб отримати детальне розуміння молекулярної структури, динаміки та взаємодії. Наші рішення відіграють важливу роль у структурній біології, відкритті ліків, дослідженні захворювань, метаболомії та передовому аналізі матеріалів. Нещодавні інвестиції в автоматизацію лабораторій, оптичні зображення та контрактні дослідницькі послуги ще більше підвищують нашу здатність підтримувати постійні потреби клієнтів і сприяти науковим інноваціям.
Політика щодо спонсорованого вмісту: Статті та пов’язаний вміст, опублікований News-Medical.net, можуть надходити з джерел, з якими ми маємо комерційні відносини, за умови, що такий вміст додає цінності основному редакційному духу News-Medical.Net щодо навчання та інформування відвідувачів сайту, зацікавлених у медичних дослідженнях, науці, медичних приладах і методах лікування.