Борьба с COVID-19: научный подход

29 июня 2020

Автор(ы):
Ирина Янушкевич


Фото носит иллюстративный характер. Из открытых источников.
Фото носит иллюстративный характер. Из открытых источников.
Объединить усилия в создании вакцины от COVID-19 и лекарственных средств прямого действия против новой коронавирусной инфекции планируют белорусские и российские ученые. По словам председателя Президиума НАН Беларуси Владимира Гусакова, решение такой глобальной проблемы может быть сформировано именно в международном сотрудничестве. 

Об отечественных наработках в области борьбы с COVID-19 ученые рассказали в рамках Международной видеоконференции НАН Беларуси и Российской академии наук «Коронавирусная инфекция: фундаментальные, клинические и эпидемиологические аспекты. Социально- экономические вызовы здравоохранению».


Андрей  Гончаров, директор Института биофизики  и клеточной инженерии НАН Беларуси, кандидат мед. наук

Несмотря на всю актуальность проблемы, работ, посвященных показателям системы иммунитета у пациентов с COVID-19, на сегодня немного. Результаты их находятся в процессе накопления и иногда носят противоречивый характер. 

Так, в одном из исследований, проведенных в КНР, определялись субпопуляции Т-лимфоцитов у 103 пациентов с COVID-19, в том числе 17 с тяжелым течением заболевания. Оказалось, что абсолютное содержание CD3+ T-клеток, CD4+ T-хелперов, CD8+ T-клеток и ЕК-клеток при коронавирусной инфекции значительно снижено. Особенно выраженным этот процесс был для CD8+ T-клеток. В Ухане у 60 пациентов с COVID-19 изучено содержание субпопуляций Т-клеток до и после болезни и их ассоциация с клиническим течением и эффективностью лечения. Наиболее выраженное снижение CD4+ и CD8+ T-клеток отмечалось у лиц в тяжелом состоянии. У 37 пациентов с хорошим ответом на проводимое лечение выявлено увеличение содержания CD8+ T-клеток и В-лимфоцитов. 

Результаты этого исследования показали, что снижение числа CD8+ T-клеток и В-клеток, а также прирост индекса CD4+/CD8+ можно рассматривать как неблагоприятные прогностические показатели.

Работы, посвященные оценке содержания и эффективности формирования антигенспецифических Т-клеток, выполнены в сроки наблюдения за пациентами, не превышающие двух месяцев.

Так, в совместном исследовании ученых из США и Нидерландов антигенспецифические клетки определяли по экспрессии CD69 и CD137. У 100 % пациентов выявлены SARS-CoV-2-специфические CD4+ клетки, а у 80 % — специфические CD8+ лимфоциты. Установлено наличие SARS-CoV-2-реактивных Т-клеток у 20 % серонегативных здоровых добровольцев, что может указывать на кросс-реактивность с белками сезонных штаммов коронавирусов. Наиболее выраженный ответ наблюдался на S-белок, а SARS-CoV-2-специфические Т-клетки преимущественно продуцировали эффекторные Th1-цитокины. 

Специалисты Берлинского клинического комплекса «Шарите» продемонстрировали наличие S-реактивных CD4+ T-клеток у 83 % пациентов с SARS-CoV-2 и у 34 % серонегативных доноров, хотя и в меньшем количестве. У инфицированных SARS-CoV-2 пациентов выявляли Т-клетки, реагирующие на пептиды из N-конца и С-конца S-белка в равной степени. В то же время всего у 9 % здоровых доноров выявлены Т-клетки, реагирующие на пептиды из N-концевого домена белка. Это, вероятно, объясняется высокой гомологией участков S-белка, расположенных ближе к  С-концу между сезонными коронавирусами и SARS-CoV-2. S-реактивные CD4+ T-клетки пациентов с SARS-CoV-2 отличались от таковых у доноров высокой экспрессией CD38 и HLA-DR, что указывает на их недавнюю активацию. 

В сингапурском исследовании методами ELISpot (ИФН-гамма) и проточной цитометрии (ИФН-гамма/ФНО-альфа) у пациентов установлено наличие CD4+ и CD8+ T-лимфоцитов, специфичных к N-белку вируса. У 23 пациентов, перенесших в 2003 году SARS-CoV, также выявлены долгоживущие Т-клетки памяти, специфичные к N-белку SARS-CoV-2. У 9 из 18 здоровых добровольцев выявлены SARS-CoV-2-специфические  Т-клетки к неструктурным белкам NSP7 и NSP13, имеющим гомологию с сезонными коронавирусами.

Тем не менее по одному исследованию считаю преждевременным утверждать, что антигенспецифические Т-клетки сохраняются длительно и в достаточном количестве, чтобы обеспечить иммунную защиту. Чтобы это выяснить, требуются дальнейшие исследования. Мы планируем провести такие при содействии БГМУ и РНПЦ эпидемиологии и микробиологии.

Кроме того, совместно с БГМУ выполняется проект, посвященный лечению коронавирусных пневмоний при помощи мезенхимальных стволовых клеток. Для подготовки к данной работе в лаборатории иммунологии и клеточной биофизики нашего института проведено собственное исследование, включавшее 57 пациентов с подтвержденной внебольничной пневмонией, вызванной SARS-CoV-2, которые находились на лечении в стационарах Минска в апреле-июне. Методом проточной цитометрии у них определяли содержание в периферической крови различных субпопуляций лейкоцитов.

Проанализировав все имеющиеся данные, можно сказать, что COVID-19 характеризуется гиперактивацией и истощением клеток системы иммунитета. В частности, установлена высокая экспрессия маркеров активации (CD32, CD35, CD88) на моноцитах и нейтрофилах, увеличение содержания PD-1+  T-клеток и HLA-DR-моноцитов. Выявлены потенциальные предикторы неблагоприятного исхода болезни (значительное снижение содержания дендритных клеток крови, увеличение миелоидных супрессорных клеток моноцитарного происхождения).

Сергей Губкин, директор Института физиологии НАН Беларуси, доктор мед. наук

Одна из разработок нашего института связана с подогревом медицинских газов для лечения вирус-индуцированных пневмоний. Высокотемпературный (70 градусов и выше) термический гелиокс, или t-Не/О2, — эффективный агент уничтожения вирусов в организме человека. Исследовательская группа из Франции определила термостабильность коронавируса. При 56 градусах (30 минут экспозиции) титр вируса падает в 100 тысяч раз, при 60 градусах (экспозиция 60 минут) — в 1 млн раз. Последний процесс при 92 градусах занимает всего 15 минут.

В основу действия разрабатываемой нами системы положен принцип, что вируснейтрализующее действие наступает при температуре 60 градусов и более. При этом гелий за счет значительной теплоемкости не вызывает ожога слизистой оболочки дыхательных путей, и его текучесть позволяет доставить термический продукт до самых мелких участков дыхательных путей (ацинусов).

Эта система предназначена для подачи мониторинга подогреваемой кислородно-гелиевой смеси в различных медучреждениях. Основное ее применение — помощь в лечении пациентов с различными видами пневмонии, в том числе COVID-ассоциированными. При подключении к устройству увлажнителя с одноразовыми масками человек может дышать нагреваемой смесью в соотношении 30 % O2 и 70 % He.

Нашим ноу-хау можно назвать электронную начинку. С помощью радиотерминала ZETA на диспетчерскую платформу медучреждения передаются текущие данные по оценке расхода кислородно-гелиевой смеси. В программе установлены предельные значения ее температуры, и при выходе за рамки нормального значения система незамедлительно пришлет уведомление. Она также следит за тем, когда и сколько газа было израсходовано, был ли он включен в момент проведения процедуры. 

Еще одно направление, которым мы занимаемся, —  это VR-интегрированные решения для персонализированного применения технологий виртуальной реальности в качестве профилактики психосоматических расстройств на фоне инфекции, ассоциированной с SARS-CoV-2.

Сегодня наблюдается огромный всплеск интереса к VR-терапии в области психологии, психиатрии, неврологии, реабилитации пациентов после физических и психических травм. Что касается нынешней ситуации, то процесс забора крови, пребывание в общесоматической палате и реанимации однозначно провоцирует стрессовую ситуацию у пациента. 

При создании условий, когда человек не видит потенциально болезненную процедуру, а отвлечен погружением в виртуальную реальность, само воздействие проходит безболезненно и с меньшим уровнем стресса. 

Светлана Бабицкая, директор Института биоорганической химии НАН Беларуси, кандидат хим. наук

С учетом масштабов распространения COVID-19 остро встает вопрос: когда же появится препарат, который позволит спасти множество жизней? Понятно, что этот процесс требует значительных временных и финансовых затрат. Если создавать препарат с нуля, нужно примерно 10 лет упорного труда и до 1 млрд долларов финансирования. В сложившихся условиях такое развитие событий невозможно. 

Последнее десятилетие важную роль в создании новых лекарственных средств играют методы компьютерного моделирования. Они позволяют значительно сократить сроки и уменьшить расходы. Серьезные успехи достигнуты с помощью методов компьютерной химии при разработке новых ингибиторов ВИЧ, белка М2 и нейраминидазы вируса гриппа, протеазы коронавируса SARS-CoV, тимидинкиназы вируса герпеса и других. 

Совместно с коллегами из Объединенного института проблем информатики НАН Беларуси мы организовали проект, посвященный разработке потенциальных ингибиторов коронавируса методами виртуального скрининга, молекулярного моделирования и химического синтеза. 

Как стало известно, основная протеаза SARS-CoV-2 является ключевой привлекательной мишенью для эффективных противовирусных препаратов. Начиная с февраля 2020 года, когда стала доступна трехмерная структура белка вируса с ингибитором, наша рабочая группа провела первоначальное исследование и выполнила суперкомпьютерное моделирование. В результате виртуального скрининга потенциальных ингибиторов из базы данных Pharmit идентифицирован ряд низкомолекулярных соединений, способных имитировать структурно-функциональные свойства высокоаффинного лиганда X77 основной протеазы SARS-CoV-2. Их структурные комплексы не претерпевают значительных перестроек в течение молекулярно-динамических расчетов и проявляют низкие значения свободной энергии связывания с данным функционально важным участком коронавируса. 

Можно предположить, что обнаруженные соединения формируют перспективные базовые структуры для создания новых эффективных противовирусных препаратов. Дальнейшее развитие выполненного исследования требует реализации стандартных этапов создания потенциальных лекарственных препаратов: синтез и тестирование идентифицированных соединений на противовирусную активность in vitro, а также оптимизация соединения-лидера, позволяющая улучшить его противовирусные свойства, фармакокинетические и токсикологические характеристики.