Marcadores sanguíneos podrían predecir la gravedad de la COVID-19 en pacientes

Desde el primer brote del nuevo coronavirus en diciembre de 2019, científicos de todo el mundo siguen trabajando para descifrar la patogénesis del SARS-CoV-2, el mecanismo por el cual el virus desarrolla la enfermedad en humanos. En tres estudios publicados recientemente, investigadores brasileños realizaron importantes descubrimientos: marcadores presentes en las células y en el sistema vascular en la etapa inicial de la enfermedad pueden indicar la gravedad con la que el paciente transitará la COVID-19.

Una de esas investigaciones, que se lleva a cabo en la Universidad de Yale, en Estados Unidos, encontró cinco tipos de citoquinas en la etapa inicial de COVID-19. La cantidad de estas pequeñas proteínas presentes en la célula, que actúan como señales de la respuesta inmune, puede indicar si el paciente tendrá una condición moderada o severa. Esos marcadores se pueden observar entre el noveno y el duodécimo día después de la aparición del primer síntoma.

“El desarrollo de un cuadro clínico más severo de la enfermedad está relacionado no solo con la carga viral, sino también con una disfunción de la respuesta inmune”, advierte Carolina Lucas, una de las principales investigadoras del estudio publicado en la revista científica Nature, el 27 de julio. “Además, logramos detectar marcadores inmunológicos séricos presentes en la sangre en una etapa temprana de la enfermedad. Esto podría ayudar a orientar el tratamiento del paciente en futuras intervenciones clínicas”, agrega.

Lucas es licenciada en microbiología por la Universidad Federal de Río de Janeiro (UFRJ), donde también realizó una maestría en inmunología y otra licenciatura en biología. En 2018, la brasileña recibió una beca del fondo PEW para que científicos latinoamericanos realicen investigaciones en el exterior. Desde entonces, trabaja en el Departamento de Inmunobiología de la Universidad de Yale, en New Haven, Connecticut.

A lo largo de su carrera, la científica brasileña se centró en la respuesta inmune frente a infecciones virales, como VIH-SIDA, Zika y Chikunguña. Con la llegada del coronavirus a Estados Unidos, fue elegida para coordinar la creación de un banco de muestras de sangre, saliva y orina de pacientes con COVID-19 que ingresaran al hospital de Yale, en New Haven.

A partir de esta recolección, científicos de diferentes áreas pudieron investigar el SARS-CoV-2. El equipo con el que trabaja Lucas se centró en las características de la respuesta inmune. En el estudio publicado en Nature, evaluaron a 113 pacientes con COVID-19 moderado o grave entre el 18 de marzo y el 27 de mayo. En el ensayo clínico también participó un grupo de control conformado por médicos, enfermeros y otros profesionales de la salud que no habían contraído el virus.

La carga viral máxima ocurre alrededor de diez días después de la infección y es similar en ambas condiciones clínicas. Poco después, sin embargo, hay una bifurcación que indicará el curso de la enfermedad. Mientras que el paciente que presenta una trayectoria leve controla la carga viral, el que tiene marcadores de COVID-19 presenta un control deficiente y más lento de la carga viral. Esto se traduce en la disfunción de la respuesta inmune que coincide con el empeoramiento del cuadro clínico y la necesidad de ingreso a la unidad de cuidados intensivos (UCI), además de la suplementación de oxígeno.

Los investigadores de Yale creen que la falta de control del virus está relacionada con el aumento y la falta de control de múltiples citoquinas. La respuesta inmune se divide en tipos 1, 2 y 3, explica Lucas. El primero consiste en una respuesta clásica contra patógenos intracelulares, como es el caso de los virus. Por su vez, la acción contra las infecciones causadas por helmintos u hongos, por ejemplo, está más relacionada con los tipos 2 y 3. Al entrar en la célula, el SARS-CoV-2 desorienta el mecanismo inmunológico en los casos más graves. Además de la respuesta de tipo 1, los pacientes que desarrollaron cuadros graves tenían marcadores de tipos 2 y 3 elevados. Esta mezcla está directamente asociada con el empeoramiento de la enfermedad y también dificulta la orientación de la respuesta de tipo 1 más adecuada.

“Se presentan como si tuvieran una afección alérgica, más común en la lucha contra el hongo. Es como si el sistema inmunitario fuera completamente disfuncional, además de que puede tener una acción patológica directa”, analiza Lucas. “Como el virus no se puede controlar, el patógeno siempre está presente y estas citoquinas se siguen produciendo, con exceso en todos los brazos [del sistema inmunitario].” 

Las tres citoquinas más asociadas con cuadros graves son las interleucinas 18 y 10 y el interferón. Esta última es una citoquina antiviral que realiza una serie de funciones para bloquear el patógeno y evitar que las células vecinas se infecten, explica Lucas. Sin embargo, los investigadores observaron que la citoquina interferón, producida por los leucocitos (glóbulos blancos), es la segunda más relacionada con muertes si tiene un nivel alto al inicio de la infección. Este papel patológico del interferón ha sido identificado en enfermedades de otros coronavirus –el SARS-CoV-1 y el MERS–, así como en inflamación exagerada en casos de influenza.

“Es común que los virus induzcan citoquinas, pero esto debe controlarse para no generar una disfunción como la que se está sucediendo”, dice Lucas. “La [pregunta] es si el virus realmente es el impulsor y, como no está controlado, continúa generando esta citoquina; o si, por alguna otra razón, el cuerpo no puede controlar esta inflamación excesiva.”

Los estudios del grupo de Yale continúan. Los científicos quieren, por ejemplo, descubrir las consecuencias de la infección en pacientes con un índice de masa corporal alto. También están analizando la respuesta humoral (de anticuerpos) y su relación con citoquinas elevadas y otras complicaciones de la enfermedad, como las coagulopatías. Además, entienden que, si bien 113 pacientes son una buena muestra para un análisis inmunológico, se necesitarán más voluntarios de diferentes contextos para nuevos ensayos clínicos.

Cascada de coagulación

La coagulación sanguínea y la trombosis son patologías del COVID-19 que han sido una preocupación para la comunidad médica y científica desde el comienzo de la pandemia. Por ello, investigadores de la Fundación Oswaldo Cruz (Fiocruz) investigaron cuáles son los mecanismos, a nivel de células y moléculas, que desregulan la coagulación y resultan en mayor riesgo de trombosis y, a menudo, de muerte.

El estudio fue coordinado por Eugênio Hottz, profesor del Departamento de Bioquímica de la Universidad Federal de Juiz de Fora (UFJF), y Patrícia Bozza, investigadora y jefa del Laboratorio de Inmunofarmacología del Instituto Oswaldo Cruz. La investigación involucró tanto a instituciones de investigación básica (Fiocruz y UFJF) como a ensayos clínicos en el Instituto D’Or de Investigación y Docencia y en el Instituto Estatal del Cerebro, en Río de Janeiro.

Los científicos obtuvieron muestras de sangre y respiratorias de 35 pacientes con COVID-19 severo, dentro de las 72 horas posteriores al ingreso a la UCI, cuatro de ellos de personas con cuadros leves y dos asintomáticas. En el laboratorio, aislaron la célula y otros componentes sanguíneos, como plaquetas, monocitos y plasma. Luego, utilizaron herramientas de citometría de flujo y microscopía para identificar el estado de las células y la interacción entre estos componentes. Paralelamente, el equipo médico siguió la situación clínica de los voluntarios durante un mes.

Los primeros resultados se publicaron en la revista científica Blood, el 17 de julio. Los investigadores encontraron uno de los medios responsables de la coagulación en el COVID-19. Los pacientes graves mostraron una alta activación plaquetaria y un aumento de la formación de agregados plaquetarios y de monocitos. A partir de estas manifestaciones, aquellos con niveles más altos de activación plaquetaria evolucionaron con la necesidad de ventilación mecánica e incluso el óbito. Ambos eventos no se observaron ni en personas con formas leves de la enfermedad –sin necesidad de hospitalización– ni en pacientes asintomáticos. Los que necesitaban ser ingresados a la UCI, pero tenían menos actividad plaquetaria, fueron dados de alta.

La identificación de estos dos mecanismos en la etapa inicial de la enfermedad “podría actuar como una señal de que un paciente tiene más probabilidades de evolucionar con una condición grave”, incluso antes de presentar las patologías, explica Hottz. “Esta interacción de la plaqueta con el monocito induce la expresión del factor tisular en el monocito, una proteína que actúa como un iniciador de la coagulación sanguínea.”

Hottz es investigador colaborador del Laboratorio de Inmunofarmacología de la Fiocruz y autor principal del estudio. En la UFJF, es jefe del Laboratorio de Inmunotrombosis, donde se investigan las formas en que los sistemas inmunitarios y de coagulación interactúan y se complementan en enfermedades como el dengue y, ahora, el COVID-19.

La coagulación es un proceso de cicatrización del cuerpo para prevenir el sangrado, según Hottz. Sin embargo, “cuando se presenta de forma intravascular y descontrolada, este agregado de plaquetas con proteínas sanguíneas puede generar trombos”. Y esos trombos pueden obstruir los vasos sanguíneos.

El descontrol se da en los casos en que el estado del paciente evoluciona hasta el punto de requerir ventilación mecánica o causar la muerte. Esto se debe a que el factor tisular genera la llamada cascada de coagulación, en la que una proteína de la sangre activa a la otra. Hay diez tipos de proteínas de coagulación en total. El trombo ocurre al final de esta cascada, cuando se activa la proteína factor-I y se forma una red de fibrina junto a la plaqueta.

La complicación resultante de la trombosis depende de la ubicación de la obstrucción. Cuando ocurre en la pierna, por ejemplo, puede llevar a la amputación de la extremidad, ya que deja de recibir nutrientes que circulan en la sangre, como el oxígeno. En el cerebro, hace posible el accidente cerebrovascular. En la arteria coronaria, el infarto. En el pulmón, la embolia pulmonar. “Todas estas complicaciones se han informado en casos más graves de COVID-19, incluso conduciendo a la muerte de esos pacientes”, dice Hottz. Los científicos aún quieren investigar si la activación de la coagulación amplifica la inflamación y, por lo tanto, genera más complicación al cuadro clínico.

Según Hottz, la identificación de las vías moleculares implicadas en el proceso de coagulación debería ayudar en el tratamiento de pacientes graves. Con el hallazgo, los medicamentos para la inactivación plaquetaria ya disponibles pueden probarse como alternativas en el tratamiento de la trombosis en casos de COVID-19. Claramente, eso requiere más ensayos clínicos.

Trombosis en tiempo real

La rutina ha sido intensa en el Hospital de Clínicas (HC), de la Facultad de Medicina de Ribeirão Preto, de la Universidad de San Pablo (FMRP-USP). En el proceso de internalización del nuevo coronavirus en el estado, el HC es un referente para casos graves en la ciudad. Prácticamente todas las camas de la UCI estuvieron ocupadas en julio. “Fueron semanas difíciles”, cuenta Carlos Henrique Miranda, profesor del Departamento de Medicina Clínica de la institución.

Paralelamente a la atención de emergencia, Miranda trabaja en investigaciones sobre la patogénesis del COVID-19. En la más reciente, identificó, en tiempo real, la presencia de microtrombos en los pequeños vasos de la región sublingual. El estudio se publicó en la revista científica Journal of Thrombosis and Thrombolysis, el 13 de agosto.

Hasta entonces, solo los ensayos post-mortem han demostrado la existencia de microtrombos en pacientes diagnosticados con COVID-19, señala Miranda. Como resultado, quedaba la duda si esos coágulos presentes, por ejemplo, en los vasos pulmonares, estaban directamente relacionados con la enfermedad del nuevo coronavirus, o eran el resultado de una coagulación intravascular diseminada, común en pacientes que pasan largos periodos en la UCI.

Miranda ya participaba en otro estudio universitario, que evaluó la presencia de microtrombosis en pacientes con sepsis de origen bacteriano. Para esto, recién habían recibido un videomicroscopio comprado con fondos de la Fundación de Apoyo a la Investigación del Estado de San Pablo (Fapesp). A medida que la pandemia del nuevo coronavirus se extendía al interior, el médico decidió analizar la presencia de estos microcoágulos en el COVID-19.

En el estudio participaron 13 pacientes ingresados al Hospital de Clínicas en estado grave, con insuficiencia respiratoria y necesidad de ventilación mecánica. El análisis se realiza en la región sublingual porque es una superficie mucosa y menos invasiva para realizar la observación de la circulación sanguínea en pacientes vivos, dice Miranda. A través de un videomicroscopio con luz polarizada, los investigadores pudieron monitorear el flujo sanguíneo.

“El vaso es como una pajita. Debe estar completamente lleno de glóbulos rojos”, ilustra Miranda. Justo en el primer paciente, el equipo detectó una falla de llenado, lo que sugirió la presencia de un coágulo. El segundo presentó un cuadro similar. En el tercero, a su vez, los investigadores presenciaron la formación de un coágulo. El flujo sanguíneo se redujo hasta que quedó completamente bloqueado, lo que resultó en la aparición de un trombo. De los 13 pacientes que participaron en el estudio, 11 presentaban trombosis.

“Tal como observamos debajo de la lengua, el trombo debe ocurrir de manera sistémica en los vasos del cerebro, riñón, hígado y pulmón”, cree Miranda. “Los pacientes con COVID-19 han mostrado un estado de hipercoagulabilidad –la facilidad de formar coágulos–. Por lo que pensamos que, en los vasos de los otros órganos, esto también debería suceder.”

Miranda cree que estos microtrombos pueden contribuir al empeoramiento del cuadro clínico del paciente, ya que dificulta aún más la oxigenación de la sangre. Las coagulaciones pueden extenderse a otras regiones del cuerpo y causar la disfunción de múltiples órganos, aumentando la mortalidad.

Pero el médico señala que este es un trabajo inicial. Los investigadores ahora necesitan probar la evidencia en un mayor número de pacientes para determinar si esto “juega un papel importante para desencadenar complicaciones de la enfermedad”.

“La gran pregunta que tenemos hoy es si vale la pena o no usar medicamentos anticoagulantes, que podrían reducir la formación de estos coágulos y mejorar el resultado de los pacientes”, señala Miranda. Cuando el paciente ingresa a la UCI, recibe una dosis baja de Heparina como profilaxis para prevenir la formación de trombos. Es un fármaco tradicional en el tratamiento de la embolia pulmonar y el infarto, pero aún no se ha utilizado para enfermedades infecciosas como el COVID-19.

“Lo que llamó la atención es que, incluso con esta dosis baja, se produjo la formación de trombos”, analiza Miranda. Con esto, los médicos realizan un ensayo clínico en el que aplican una dosis más alta de anticoagulante, “para ver si protege contra la formación de estos trombos y, así, tiene el beneficio de mejorar los resultados de los pacientes”.