Lo studio ultrastrutturale conferma la formazione di cellule sinciziali singole ed eterotipiche nei fluidi broncoalveolari di COVID

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Virology Journal

Virology Journal volume 20, numero articolo: 97 (2023) Citare questo articolo

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È stato segnalato che SARS-CoV-2 induce fusioni cellulari per formare sincizi multinucleari che potrebbero facilitare la replicazione virale, la diffusione, l’evasione immunitaria e le risposte infiammatorie. In questo studio, abbiamo segnalato i tipi di cellule coinvolte nella formazione dei sincizi nelle diverse fasi della malattia COVID-19 attraverso la microscopia elettronica.

Fluidi broncoalveolari da lieve (n = 8, SpO2 > 95%, nessuna ipossia, entro 2-8 giorni dall'infezione), moderato (n = 8, SpO2 da 90% a ≤ 93% in aria ambiente, frequenza respiratoria ≥ 24/min , dispnea, entro 9-16 giorni dall'infezione) e pazienti COVID-19 gravi (n = 8, SpO2 <90%, frequenza respiratoria > 30/min, supporto di ossigeno esterno, dopo 17 giorni dall'infezione) sono stati esaminati mediante PAP ( identificazione del tipo cellulare), immunofluorescenza (per il livello di infezione virale), microscopia elettronica a scansione (SEM) e a trasmissione (TEM) per identificare i sincizi.

Studi di immunofluorescenza (anticorpi specifici per la proteina S) da ciascun sincizio indicano un livello di infezione molto elevato. Non siamo riusciti a trovare cellule sinciziali nei pazienti lievemente infetti. Tuttavia, la fusione iniziale della membrana plasmatica identica (neutrofili o pneumociti di tipo 2) ed eterotipica (neutrofili-monociti) (che indica l'inizio della fusione) è stata osservata sotto TEM in pazienti moderatamente infetti. Cellule sinciziali di grandi dimensioni (20-100 μm) completamente mature sono state trovate in pazienti con sindrome da distress respiratorio acuto grave (tipo ARDS) di origine neutrofili, monociti e macrofagi sotto SEM.

Questo studio ultrastrutturale sulle cellule sinciziali dei pazienti affetti da COVID-19 fa luce sugli stadi della malattia e sui tipi di cellule coinvolte nelle formazioni dei sincizi. La formazione di sincizi è stata indotta dapprima nei pneumociti di tipo II mediante fusione omotipica e successivamente con le cellule ematopoietiche (monociti e neutrofili) mediante fusione eterotipica nello stadio moderato (9-16 giorni) della malattia. Nella fase tardiva della malattia sono stati segnalati sincizi maturi che formavano grandi cellule giganti da 20 a 100 μm.

I sincizi sono cellule multinucleate insolitamente grandi generate dalla fusione di due o più tipi di cellule simili/diversi sotto influenzatori esterni/interni come molecole/infezione virale [1]. La membrana plasmatica di due o più cellule si fonde per formare un singolo doppio strato lipidico, determinando la fusione del citoplasma ma non del nucleo [2, 3]. Naturalmente, la formazione dei sincizi è stata mediata dalle proteine fusogene ed è stata riscontrata nelle fibre muscolari, nelle barriere placentari e negli osteoclasti ossei [3,4,5]. Tuttavia, meccanicamente, è stato indotto dalla fusione cellulare mediata dal virus, dove la membrana dei virus avvolti si fonde con le membrane plasmatiche delle cellule. È stato segnalato che diversi comuni coronavirus del raffreddore, come hCoV-HKU1, hCoV-NL63 e hCoV-229E, formano sincizi in modelli di colture cellulari, ma non esiste alcuna segnalazione per la formazione di sincizi in vivo [6, 7].

La formazione di sincizi è osservata anche nelle colture cellulari e nei tessuti infettati con SARS-CoV-1, MERS-CoV o SARS-CoV-2 [8,9,10,11,12,13,14,15]. Sincizi indotti da SARS-CoV-2 sono stati segnalati nei campioni autoptici di tessuto polmonare in pazienti con COVID-19 gravemente infetti [1, 12, 14, 16,17,18,19,20]. SARS-CoV-2 ha indotto la formazione di sincizi in vitro [21,22,23,24] così come in vivo [12, 16, 20, 22], con la fusione di pneumociti e linfociti nei polmoni [12, 20 ].

La generazione e il tipo di cellule coinvolte nella fusione delle cellule sinciziali nelle diverse fasi della malattia COVID-19 sono stati riportati con parsimonia. Questo rapporto affronta queste lacune per rafforzare la comprensione della formazione di cellule sinciziali nei pazienti COVID-19 impiegando approcci basati sulla microscopia a livello ultrastrutturale utilizzando PAP (Papanicolaou), IF (immunofluorescenza), SEM (microscopia elettronica a scansione) e TEM (trasmissione Microscopia elettronica). Abbiamo segnalato la presenza di cellule sinciziali di origine singola e multipla nel BALF (fluidi di lavaggio broncoalveolare) di pazienti con ARDS simile (sindrome da distress respiratorio acuto) indotta da COVID-19.

95%, no oxygen support, only upper respiratory tract symptoms with mild fever and without shortness of breath or hypoxia, 2–8 days after first symptoms), (B) moderate infection (n = 8, respiratory rate ≥ 24/min, breathlessness, and SpO2 level 90% to ≤ 93% on room air, external oxygen support, 9–16 days after first symptoms), and (C) Severe ARDS-like patients (ARDS-like, n = 8; respiratory rate > 30/min, breathlessness, SpO2 level < 90% on room air, and admitted to HDU/ICU with external oxygen support, 17th day onwards)[26, 27]. There was very high variability in the patient's response to the infection and level of COVID-19 disease with respect to the days after the infection. The maximum number of patients were recorded with a mild disease-like symptoms within 2–8 days, moderate disease-like symptoms within 8–16 days, and severe disease-like symptoms > 17 days after infection [26, 27]. Thus, we collected the samples from only those patients who fulfilled disease conditions (ICMR guideline) and timelines criteria for this study [25]. RT-PCR test was performed to confirm the COVID-19 infection for all the patients recruited in the study (recorded but not included)./p>

95%) and resolve automatically within four to seven days by symptom-based medication. Some patients who developed primary ARDS-like conditions need hospitalization with moderate severity (respiratory rate ≥ 24/min, breathlessness, and SpO2 level 90% to ≤ 93% on room air). A maximum number of patients showed moderate disease-like symptoms between 8 and 15 days after the first symptoms. However, 2–5% of COVID-19 patients developed severe ARDS-like conditions with frequent breathing problems, low SpO2 (< 90%), and high CT scores (> 16) [30, 31]. A higher number of patients were reported after the 17th day of the disease. Syncytia formation is associated with the severity of COVID-19. However, it is possible that syncytia formation may also be related to the duration of the infection, as well as other factors such as the patient's immune response and viral load. It is still not fully understood how syncytia formation contributes to the pathogenesis of COVID-19. Thus, we have taken both parameters as disease severity and the day of sample collection after the infection to equalize the patient conditions./p>

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