El uso de células cardiovasculares de células madre pluripotentes humanas para la investigación de COVID-19 daría una explicación de por qué falla el corazón y ayudaría a avanzar en la comprensión del virus.

El conocimiento de este nuevo coronavirus ha evolucionado en los últimos 9 meses, mientras que también se ha obtenido información valiosa sobre su patología en humanos a partir de estudios previos de virus estrechamente relacionados que proporcionaron información básica esencial sobre la estructura molecular, el genoma y los mecanismos para la entrada de la célula huésped. Además, los datos clínicos de los pacientes con COVID-19 han arrojado luz sobre varios aspectos de la patología.

El COVID-19 afecta a las personas en grados sorprendentemente variables. Mientras que la mayoría de las personas experimenta poco más que síntomas similares a los de un resfriado común o gripe, otros sufren síntomas graves que culminan en la muerte. Los estudios epidemiológicos y clínicos han asociado estos resultados variables de la infección con el sexo, la edad y la obesidad, pero aún quedan muchos factores desconocidos. Además, la variabilidad en la gravedad de COVID-19 también depende de comorbilidades subyacentes y preexistentes como diabetes mellitus, enfermedad pulmonar crónica, cáncer, hipertensión y enfermedad cardiovascular (ECV). Aunque la patología dominante involucra el sistema respiratorio, esta enfermedad nueva también causa complicaciones cardiovasculares: lesión del miocardio, arritmias, síndrome coronario agudo y daño vascular, incluido el tromboembolismo. De hecho, los datos clínicos hasta la fecha sugieren que entre el 20% y el 30% de los pacientes con COVID-19 experimenta daño cardiovascular severo, lo que contribuye significativamente a un mal pronóstico.

Los pacientes con afecciones cardiovasculares preexistentes tienen más probabilidades de desarrollar una enfermedad grave y tienen un mayor riesgo de muerte en comparación con los pacientes sin comorbilidades. Estos efectos perjudiciales sobre el corazón resaltan la necesidad de comprender mejor la base molecular del daño cardíaco causado por el SARS-CoV-2, con el fin de desarrollar terapias más eficaces para prevenirlo.A staff member wearing a protective suit prepares a kit of Ellume’s first over-the-counter coronavirus disease (COVID-19) antigen test, which can be used at home, in this still image taken from an undated video, in Brisbane, Australia. Ellume/Handout via REUTERS NO RESALES. NO ARCHIVES THIS IMAGE HAS BEEN SUPPLIED BY A THIRD PARTY. MANDATORY CREDIT

Los interrogantes específicos incluyen: cuáles de los múltiples tipos de células en el corazón son objetivos del SARS-CoV-2 y cómo se ven afectadas estas células; cuál es el papel de la respuesta inflamatoria; y ¿los trombos asociados a COVID-19 en la vasculatura causan infartos de micromiocardio? Unestudiode reciente publicación encarado por Departamento de Anatomía y Embriología, Centro Médico de la Universidad de Leiden Países Bajos, intenta abordar posibles respuestas a estas indefiniciones.

Respuestas dudosas, aún

La mayoría de los estudios sobre el SARS-CoV-2 y otros virus estrechamente relacionados utilizan modelos de ratón modificados genéticamente, líneas celulares inmortalizadas, como células Vero derivadas del mono verde africano, líneas celulares de cáncer humano. Aunque estas líneas celulares posiblemente reflejen la entrada del virus y/o mantengan la replicación viral, pierden la fisiología específica del tejido necesaria para comprender por qué algunos órganos se ven afectados de manera diferente a otros.

La investigación de la patología de la enfermedad utilizando modelos animales también ha sido un desafío. En los seres humanos, el principal receptor utilizado por el SARS-CoV-2 para entrar en las células es la enzima convertidora de angiotensina 2 (ACE2). Sin embargo, el receptor Ortolog Ace2 en ratones no se une al SARS-CoV-2. Por lo tanto, para que los ratones se utilicen como organismo modelo para estudiar el SARS-CoV-2, se han generado modelos de ratón humanizados en los que el receptor ACE2 humano está sobreexpresado. Esto puede proporcionar información sobre las etapas iniciales del ciclo de vida del virus y la entrada de células y respaldar estudios sobre medicamentos antivirales para bloquear la entrada de virus. Sin embargo, estos modelos tampoco captan completamente la patología humana que sigue a la infección por SARS-CoV-2.El conocimiento de este nuevo coronavirus ha evolucionado en los últimos 9 meses, mientras que también se ha obtenido información valiosa sobre su patología en humanos – REUTERS.

Por ejemplo, se ha informado que, a diferencia de los humanos, donde la enfermedad es principalmente una enfermedad respiratoria, la infección por SARS-CoV-2 en ratones afecta principalmente al sistema nervioso. Estas diferencias en la expresión del receptor del huésped y las modalidades de infección destacan las diferencias clave entre especies en el tropismo del virus. También hay informes de gatos, perros, hurones, visones y hámsteres infectados por el SARS-CoV-2, y algunos de estos animales reflejan los efectos respiratorios observados en humanos. Aunque estos animales parecen reflejar fielmente la patología humana, no son fácilmente accesibles para el uso de investigación de rutina.

Como alternativa a las líneas celulares humanas inmortalizadas u organismos modelo, las células madre pluripotentes humanas (hPSC) también se consideran modelos in vitro relevantes para estudiar el COVID-19, y más particularmente para los efectos de la infección por SARS-CoV-2 o medicamentos antivirales en el corazón, ya que no existen modelos cardíacos humanos in vitro alternativos distintos del tejido primario.

Durante las últimas 2 décadas, se han establecido numerosos protocolos que permiten la generación exitosa de tipos de células derivadas del corazón. Estos protocolos siguen principios de desarrollo con las células utilizadas para múltiples aplicaciones, que van desde el modelado del desarrollo cardiovascular y la enfermedad hasta estudios de detección de fármacos para identificar nuevos agentes terapéuticos o probar la citotoxicidad de medicamentos. Muchos de estos tipos de células también pueden criopreservarse, proporcionando así una plataforma de fácil acceso para tales estudios. Además, se han utilizado tipos de células derivadas de hPSC para modelar e investigar enfermedades infecciosas, demostrando su potencial idoneidad para el estudio de COVID-19.Carteles de distanciamiento social en Oxford Street, en Londres – REUTERS/Toby Melville

Bajo estas modalidades, primero, se pueden examinar las interacciones celulares y moleculares del huésped-virus, específicamente, los mecanismos a través de los cuales las células cardiovasculares son infectadas por el SARS-CoV-2 y potencialmente la identificación de los efectos a largo plazo de la infección en los pacientes recuperados. En segundo lugar, pueden proporcionar una plataforma preclínica para las pruebas de drogas COVID-19. Los fármacos reutilizados se pueden analizar para determinar su posible eficacia en la lucha contra el COVID-19, mientras que los nuevos candidatos a fármacos pueden examinarse en busca de citotoxicidad cardíaca, un posible riesgo secundario para los pacientes con COVID-19.

Ataque al corazón

Los hallazgos patológicos en los corazones de los pacientes con COVID-19 han proporcionado información útil sobre estas complicaciones y han sentado las bases para determinar aspectos de la enfermedad que necesitan modelado. Los pacientes con COVID-19 ingresados mueren predominantemente por insuficiencia respiratoria, choque séptico e insuficiencia multiorgánica o insuficiencia cardíaca. Informes recientes han demostrado que la mayoría de estos individuos también sufren de daño cardíaco agudo. De hecho, los niveles elevados de troponina I distinguen a los pacientes con enfermedad grave/mortal de los que finalmente son dados de alta.Decenas de personas en San Pablo, Brasil caminan, muchas de ellas sin barbijo o utilizándolo mal – REUTERS/Amanda Perobelli

Otra indicación de lesión del miocardio en pacientes con COVID-19 son las arritmias, que también pueden ser fatales. El mal pronóstico de los pacientes con lesión cardíaca o insuficiencia cardíaca destaca el papel clave que juega este daño en la letalidad de la enfermedad. Sin embargo, no está claro si los efectos cardiovasculares graves que resultan de la infección por SARS-CoV-2 son causados por una lesión miocárdica directa inducida por el virus, efectos sistémicos indirectos como la inflamación o una combinación de ambos.

Por lo tanto, las células cardiovasculares derivadas de hPSC probablemente proporcionarán una herramienta valiosa para modelar in vitro los eventos que conducen al daño cardiovascular observado en pacientes con COVID-19. La lesión del miocardio, tal como se manifiesta en humanos, puede confirmarse comparando los niveles de troponina I en células cardíacas infectadas y no infectadas. Además de evaluar la lesión miocárdica en sí, los mecanismos clave que la impulsan también pueden investigarse en profundidad utilizando sistemas modelo de hPSC, ya sea después de una infección directa del miocardio o de la activación de respuestas inflamatorias. Una serie de informes y preimpresiones han demostrado que la infección viral de hPSC-CM causó alteraciones morfológicas y funcionales en las células.

El análisis de secuenciación de ARN también reveló una amplia gama de cambios transcripcionales tras la infección, incluso en genes estructurales y contráctiles y en vías relacionadas con la regulación inmunitaria. Además, las muestras de autopsia de pacientes con COVID-19 confirmaron estos fenotipos in vitro (rotura sarcomérica, anomalías miofibrilares y pérdida de ADN nuclear), validando la idoneidad de las CMhpc como modelo para el estudio de infecciones virales patógenas del sistema cardiovascular humano.Varios países comenzaron a vacunar contra COVID-19 – REUTERS/Carlo Allegri

Las arritmias en pacientes con COVID-19 también podrían ser causadas por fiebre, sepsis, hipoxia o desequilibrios electrolíticos o incluso ser inducidas por fármacos. Como el SARS-CoV-2 puede afectar el sistema renina-angiotensina-aldosterona (RAAS), la hipopotasemia resultante podría alterar indirectamente el ritmo cardíaco . Por lo tanto, monitorear el efecto de la infección en el corazón del paciente es fundamental para predecir y evitar arritmias letales en pacientes con COVID-19. Los tejidos cardíacos multicelulares derivados de hPSC compuestos por múltiples poblaciones de células presentes en el corazón permiten que se produzca la diafonía intercelular y representan nuevos modelos para estudiar la causa de la fibrosis en pacientes con COVID-19.

Al corazón desde diferentes puntos

Además de los efectos adversos agudos de la infección por SARS-CoV-2 y la lesión miocárdica que se observan en casos fatales, COVID-19 también puede causar daño al corazón a través de otros mecanismos que podrían contribuir a efectos a más largo plazo después de la infección. Estos incluyen, por ejemplo, microangiopatía trombótica y trombosis venosa, indicadas por el biomarcador trombogénico elevado del dímero D observado en pacientes con COVID-19. No está claro cómo se desarrolla esta patología, pero probablemente sea multifactorial, con contribuciones de la respuesta hiperinflamatoria observada en pacientes con COVID-19 y daño a las CE causado por SAR-CoV-2. Por lo tanto, los estudios en curso tienen como objetivo arrojar luz sobre qué mecanismos son más probables, ya que determinarán las posibles estrategias de tratamiento. Aquí, también, las células cardiovasculares derivadas de hPSC proporcionan un sistema accesible para estudiar el desarrollo de trombosis (por ejemplo, en combinación con dispositivos de microfluidos que imitan la vasculatura perfundida), la actividad metabólica y la desregulación en la infección por SARS-CoV-2 a lo largo del tiempo.Medidas de prevención de COVID-19 se observan en un negocio de Hamburgo, Alemania – REUTERS/Fabian Bimmer

Los efectos cardiovasculares a largo plazo del COVID-19 son un aspecto muy importante a considerar. Los estudios en pacientes que se recuperaron del SARS, así como de otras infecciones del tracto respiratorio, han mostrado un metabolismo desregulado de lípidos y glucosa. Además, se ha informado de daño cardiovascular persistente en pacientes que se han recuperado de COVID-19. En un estudio reciente en el que participaron 100 pacientes con una edad media de 49 años, el 78% de los pacientes recuperados presentaba niveles elevados persistentes de troponina I 2 a 3 meses después de la infección, mientras que el 60% presentaba inflamación del miocardio en curso. Es importante destacar que los efectos fueron independientes de la gravedad de COVID-19.

Aunque los hallazgos aún deben replicarse en una cohorte más grande y queda por determinar si las anomalías persisten más a largo plazo, el estudio plantea más preocupaciones sobre los pacientes cuyos síntomas de la enfermedad eran leves en el momento de la infección. Tampoco está claro si estas anomalías cardiovasculares posteriores se deben directamente a la infección, la actividad inflamatoria sistémica resultante o los compuestos terapéuticos administrados. Nuevamente, aquí, los modelos cardiovasculares derivados de hPSC proporcionarán una herramienta útil para estudiar los efectos a largo plazo de la infección, ayudarán a responder estas preguntas clave y ayudarán a determinar los tratamientos que los pacientes con COVID-19 en recuperación pueden necesitar después de la infección.Vista de un recipiente de la vacuna de los laboratorios Pfizer/BioNTech contra la covid-19. EFE/EPA/JUSTIN LANE

Se cree que el principal contribuyente a la patogénesis de COVID-19 es la producción excesiva e incontrolable de citocinas que resulta de la infección, conocida como tormenta de citocinas. Se sabe que estas sustancias inflamatorias son tóxicas, y aunque esta es una posibilidad en los pacientes con COVID-19, se desconocen los mecanismos exactos a través de los cuales una respuesta inmune aberrante contribuye a la lesión cardíaca. Además, se desconocen las células inmunitarias específicas que median la lesión cardíaca. Por tanto, es de suma importancia determinar qué tipos de células presentes en el corazón o infiltradas expresan las citocinas inflamatorias para comprender mejor la respuesta inmune después de la infección.

La capacidad de generar in vitro, los modelos podrían proporcionar modelos fisiológicos adecuados para investigar no solo cómo la enfermedad afecta a los diversos tipos de células cardiovasculares, sino también potencialmente cómo las respuestas inflamatorias pueden conducir a un mayor daño cardíaco a través de mecanismos directos e indirectos.

El importante papel que juega la tormenta de citocinas en COVID-19 significa que el uso de anticuerpos monoclonales como terapéuticos podría ser beneficioso y eficaz. Aquí, también, los sistemas derivados de hPSC multicelulares proporcionarán herramientas útiles para la detección de varios anticuerpos contra interleucinas y receptores de interleucina antes de su uso en ensayos clínicos. En general, estos enfoques pueden facilitar no solo una mayor comprensión del papel de la respuesta inmune en el corazón, sino también el desarrollo de nuevas terapias dirigidas a la tormenta de citocinas y mitigar el daño cardiovascular severo. INFOBAE