I livelli di DNA mitocondriale sono una misura del danno tissutale. Nella foto sono mitocondri danneggiati (aree grigio scuro) rilasciati dai polmoni umani. I piccoli punti scuri, che circondano i mitocondri, sono sfere magnetiche che trasportano anticorpi utilizzati per isolare e studiare mitocondri malati, che sono stati rilasciati dai tessuti morenti. credit: Wandy Beatty

Uno degli aspetti più complessi della pandemia COVID-19 è l'incapacità dei medici di prevedere quali pazienti appena ricoverati svilupperanno una malattia grave, comprese le complicazioni, che richiedono l'inserimento di un tubo di respirazione, dialisi renale o altre cure intensive.

La conoscenza dell'età di un paziente e delle condizioni mediche sottostanti può aiutare a prevedere tali risultati, ma ci sono ancora sorprese quando pazienti più giovani e apparentemente più sani soffrono di gravi complicazioni, che possono portare alla morte.

Ora, gli scienziati della Washington University School of Medicine di St.Louis hanno dimostrato che un esame del sangue relativamente semplice e rapido può prevedere, entro un giorno dal ricovero ospedaliero, quali pazienti con COVID-19 sono a più alto rischio di complicanze gravi o Morte.

Lo studio, pubblicato il 14 gennaio su JCI Insight , ha coinvolto quasi 100 pazienti,  ricoverati in ospedale con COVID-19.

L'analisi del sangue misura i livelli di DNA mitocondriale, un tipo unico di molecola di DNA, che normalmente risiede all'interno delle fabbriche di energia delle cellule. Il DNA mitocondriale, che fuoriesce dalle cellule e va nel flusso sanguigno è un segno che un particolare tipo di morte cellulare violenta si sta verificando nel corpo.

"I medici hanno bisogno di strumenti migliori per valutare il prima possibile lo stato dei pazienti con COVID-19, perché molti dei trattamenti - come gli anticorpi monoclonali - scarseggiano e sappiamo che alcuni pazienti miglioreranno senza trattamenti intensivi", afferma il prof. Andrew E. Gelman, il co-autore senior  e Jacqueline G. e William E. Maritz Endowed Chair in Immunology and Oncology presso il Dipartimento di Chirurgia della Washington University School of Medicine di St.Louis.

"In particolare, dobbiamo capire perché alcuni pazienti, indipendentemente dalla loro età o salute sottostante in alcuni casi entrano in questa spirale di morte iperinfiammatoria -aggiunge- Il nostro studio suggerisce che il danno tissutale può essere una delle cause di questa spirale, dal momento che il DNA mitocondriale che è rilasciato è esso stesso una molecola infiammatoria."

I ricercatori hanno affermato che il test potrebbe servire come un modo per prevedere la gravità della malattia e come uno strumento per progettare meglio gli studi clinici, identificando i pazienti che potrebbero, ad esempio, beneficiare di trattamenti sperimentali specifici. La speranza è anche che il test sia utile per monitorare l'efficacia di nuove terapie. Presumibilmente, trattamenti efficaci possono abbassare i livelli di DNA mitocondriale.

"Avremo bisogno di studi più ampi per verificare ciò che abbiamo trovato ma se potessimo determinare nelle prime 24 ore dal ricovero, se un paziente ha probabilmente bisogno di dialisi o intubazione o farmaci, per evitare che la sua pressione sanguigna scenda troppo, cambierebbe molto la gestione della malattia a partire dal triage", prosegue Hrishikesh S. Kulkarni, autore co-senior.

I ricercatori hanno valutato 97 pazienti con COVID-19 al Barnes-Jewish Hospital, misurando i loro livelli di DNA mitocondriale sul primo giorno di degenza in ospedale. Hanno scoperto che i livelli di DNA mitocondriale erano molto più alti nei pazienti che alla fine sono stati ricoverati in terapia intensiva, intubati o morti. I ricercatori hanno scoperto che questa associazione è presente indipendentemente dall'età, dal sesso e dalle condizioni di salute di un paziente.

In media, i livelli di DNA mitocondriale erano circa dieci volte più alti nei pazienti con COVID-19 che hanno sviluppato una grave disfunzione polmonare o che alla fine sono morti. Quelli con livelli elevati avevano quasi sei volte più probabilità di essere intubati, tre volte più probabilità di essere ricoverati in terapia intensiva e quasi il doppio di probabilità di morire rispetto a quelli con livelli inferiori.

Inoltre, il test ha previsto risultati anche meglio dei tradizionali marcatori di infiammazione esistenti attualmente misurati nei pazienti ospedalizzati con COVID-19. Secondo i ricercatori, la maggior parte degli altri marcatori di infiammazione misurati nei pazienti con COVID-19, compresi quelli ancora in esame, sono marcatori generali di infiammazione sistemica, piuttosto che infiammazione specifica della morte cellulare.

"I virus possono causare un tipo di danno tissutale chiamato necrosi, che è una risposta violenta e infiammatoria all'infezione- sottolinea Gelman- La cellula si apre, rilasciando il contenuto, incluso il DNA mitocondriale, che a sua volta guida l'infiammazione. Nei pazienti COVID-19, ci sono state prove aneddotiche di questo tipo di danno cellulare e tissutale nei polmoni, nel cuore e nei reni. Pensiamo che sia possibile che le misurazioni del DNA mitocondriale nel sangue possano essere un segno precoce di questo tipo di morte cellulare negli organi vitali".

I ricercatori hanno anche sottolineato che il test è rapido e semplice da eseguire nella maggior parte delle strutture ospedaliere, perché utilizza lo stesso macchinario che elabora il test PCR standard per COVID-19. Il metodo che hanno sviluppato consente di quantificare i livelli di DNA mitocondriale direttamente nel sangue. Senza richiedere passaggi intermedi per estrarre il DNA dal sangue, il tutto entro un'ora.

Prima di poter richiedere l'approvazione della Food and Drug Administration (FDA), gli scienziati dovranno verificare che il test sia accurato in uno studio multicentrico più ampio e hanno in programma di espandere la ricerca a più centri.

Antonio Caperna

Scozzi D, Cano M, et al. Circulating mitochondrial DNA is an early indicator of severe illness and mortality from COVID-19. JCI Insight. Jan. 14, 2021.