Een door de UCLA geleide studie kan helpen verklaren hoe COVID-19 het risico op een beroerte verhoogt. Wetenschappers deden de bevinding door vloeistof verrijkt met een COVID-19-achtig eiwit door een 3D-geprint model van de slagaders van een patiënt die een beroerte had gehad te laten lopen.
Hoewel COVID-19 voor het eerst werd geïdentificeerd door zijn ernstige ademhalingssymptomen, heeft het virus beroertes veroorzaakt bij jonge mensen zonder bekende risicofactoren. Maar er is weinig bekend over hoe het virus het risico op een beroerte verhoogt.
Om meer te weten te komen, gebruikten UCLA-onderzoekers een 3D-geprint siliconenmodel van bloedvaten in de hersenen om de krachten na te bootsen die worden gegenereerd door bloed dat door een ader duwt die abnormaal vernauwd is, een aandoening die intracraniële atherosclerose wordt genoemd. Ze toonden aan dat als die krachten inwerken op de cellen die de ader bekleden, en de productie verhogen van een molecuul genaamd angiotensine-converting enzyme 2 of ACE2, dat het coronavirus gebruikt om cellen op het oppervlak van bloedvaten binnen te dringen.
“De stroom beïnvloedt de expressie van ACE2 rechtstreeks”, zegt dr. Jason Hinman, een assistent-professor neurologie aan de David Geffen School of Medicine aan de UCLA en de senior auteur van de studie.
Naast Hinman zijn de auteurs van het onderzoek neurologen van de Geffen School of Medicine en wetenschappers van UC San Francisco en de Veterans Health Administration. Het artikel is gepubliceerd (pdf) in Stroke.
UCLA-onderzoekers hebben het model gemaakt met behulp van gegevens van CT-scans van bloedvaten in menselijke hersenen. Vervolgens bekleedden ze de binnenoppervlakken van de modellen met endotheelcellen, het type cellen dat de menselijke bloedvaten bekleedt. Met de modellen konden de onderzoekers dezelfde krachten nabootsen die zouden werken op echte bloedvaten tijdens een COVID-19-infectie.
Om te bevestigen of het coronavirus dat in de bloedbaan drijft, zou kunnen vastklemmen op de ACE2 op de endotheelcellen in de hersenen, produceerden onderzoekers imitatie “virussen” – vetmoleculen bezaaid met de spike-eiwitten die coronavirus gebruikt om zich te binden aan ACE2. Uit eerder onderzoek bleek dat het coronavirus zich bindt aan endotheelcellen in andere organen, maar het was niet bekend of dat ook in de hersenen gebeurde.
Na het maken van het nieuwe model, bevestigden de onderzoekers dat de deeltjes inderdaad een interactie aangingen met de cellen aan de binnenkant van het bloedvat, meestal in de hersengebieden met hogere ACE2-waarden.
“Deze bevinding zou de verhoogde incidentie van beroertes bij COVID-19-infecties kunnen verklaren”, zei Hinman.
Een andere ontdekking bood een inzicht dat uiteindelijk zou kunnen helpen bij het identificeren van mensen met COVID-19 die mogelijk een hoger risico op een beroerte hebben. Toen de wetenschappers analyseerden welke genen werden ingeschakeld in de endotheelcellen nadat de coronavirus-piekproteïnen eraan waren gebonden, ontdekten ze dat de genen die werden geactiveerd een specifieke set immuunresponsgenen waren die worden aangetroffen in hersenbloedvatcellen, maar niet in endotheelcellen van andere organen van het lichaam.
“Er is een unieke hersenendotheliale reactie op het virus die nuttig kan zijn bij het identificeren van patiënten met een hoger risico op een beroerte”, zei Hinman.
De onderzoekers zijn van plan vervolgonderzoeken uit te voeren met een levend coronavirus in het 3D-geprinte bloedvatmodel, wat de resultaten van het huidige onderzoek verder zou bevestigen en duidelijk zou maken welke COVID-19-patiënten mogelijk een hoger risico op een beroerte hebben.