Sarcina și infecția cu Citomegalovirus: modele experimentale de transmitere verticală

Cuprins:

• Ce se știe în prezent despre transmiterea verticală a CMV
• Modele animale experimentale de transmitere verticală congenitală a CMV
• Înțelegerea infecției verticale cu CMV cu ajutorul modelelor placentare
• Concluzie

Ce se știe în prezent despre transmiterea verticală a CMV

În primul trimestru de sarcină, aproximativ o treime dintre celulele care se regăsesc la nivelul țesutului endometrial transformat (țesut decidual) de la nivel placentar sunt: limfocite natural killer uterine (uNK, cele mai numeroase leucocite placentare), macrofage, celule dendritice și limfocite T (atât natural killer, cât și reglatoare). Această celularitate bogată cu rol imunologic furnizează placentei funcția de barieră imunologică împotriva infecțiilor fetale.

În același timp, în vederea facilitării eficiente a schimburilor de oxigen, de nutrienți și de reziduuri metabolice dintre mamă și făt, interfața materno-fetală este subțire, realizată dintr-un singur strat de celule trofolastice, fapt care crește riscul de expunere la agenți patogeni din sângele matern.

CMV se replică în decidua bazală, limfocitele T efectoare cu memorie CD8+ și celulele natural killer (NK) deciduale reprezentând prima linie de apărare împotriva infecției cu CMV. Aceste celule includ enzima de editare a ARNm al apolipoproteinei B, 3A (APOBEC3A), care limitează replicarea virală.

Celulele uNK sunt în mare parte responsabile pentru limitarea răspândirii infecțiilor virale materne în circulația fetală; acest lucru ar putea explica și rata scăzută de transmitere verticală a CMV, în primul trimestru. În experimente pe culturi celulare uNK au eliminat în mod eficient fibroblaști autologi infectați cu CMV, prin intermedul sinapselor immune. Celulele Hoffbauer (CD68+, CD 64+, CD32+, CD16+), macrofage fetale aflate la nivelul vilozitătilor coriale secretă cytokine proinflamatorii la depistarea agenților patogeni, în scopul recrutării celulelor sistemului imun periferic, determinând leziuni autoimune la nivel placentar.

Transmiterea verticală a virusului după infecția primară cu CMV a mamei are loc în 30-40% din cazuri în primul și al doilea trimestru și până la 70% din cazuri în al treilea trimestru. Susceptibilitatea crescută de transmitere verticală a infecției cu CMV în trimestrul al II-lea de sarcină este, cel mai probabil, multifactorială, un rol prevalent avându-l scăderea numărului de celule uNK asociat scăderii capacității celulelor NK de a recunoaște CMV datorită supresiei complexelor MHC de clasă I.

În concordanță cu aceste date, un gup de cercetători din SUA au făcut o analiză care are la bază modelele de transmitere verticală a citomegalovirusului (CMV). Acesta este un virus ADN dublu catenar, extrem de răspândit în populația generală și care, atunci când este transmis, în timpul sarcinii, poate provoca sechele neurologice și obstetricale catastrofale.

Afectează aproximativ 0.6 – 6% din sarcini, în funcție de zona demografică de prevalență și produce o gamă largă de efecte, pornind de la infecția  asimptomatică, la efecte teratogene, cum ar fi afectarea neurocognitivă, microcefalie, ventriculomegalie și restricții de creștere. În plus, infecția cu CMV este cea mai frecventă cauză nongenetică a hipoacuziei neurosenzoriale, în țările dezvoltate. Pentru a afla în ce condiții citomegalovirus trece din circulația maternă în cea fetală în timpul sarcinii și care sunt mecanismele de producere ale efectelor teratogene, au fost efectuate studii ale biologiei placentare.

Modele animale experimentale de transmitere verticală congenitală a CMV

Înțelegerea mecanismelor prin care virusurile evită activarea răspunsului imunitar mediat celular având ca rezultat transmiterea verticală și infecția fetală, a fost facilitată în mare măsură prin dezvoltarea unor sisteme model. In acest sens au fost utilizate trei modele animale: cobaiul, șoarecele și primatele neumanoide (NHP, non-human primates).

Înțelegerea patogenezei transmiterii verticale congenitale a CMV a fost ajutată în mod special de modelele de șoareci. Acest lucru poate servi medicina umană în crearea de vaccinuri sau de tratamente eficiente a afecțiunii.

Deși nu există dovezi solide pentru transmiterea congenitală a CMV în modelele NHP, se pot trage concluzii din cercetările care au studiat transmiterea verticală a altor boli infecțioase la primate. De exemplu, Terzian și colaboratorii (2018) au descoperit o infecție naturală cu virusul Zika (ZIKV) la două specii de NHP din Brazilia: speciile Callithrix și Sapajus.

Infecția cu ZIKV provoacă răspunsuri imune atât mediate umorale, cât și celular, la primatele neumanoide, iar transmiterea transplacentară a virusului la NHP gestante va duce la leziuni ale substanței albe cerebrale fetale și la glioză periventriculară, precum și la leziuni axonale și ependimale, evaluate prin examen histopatologic, la autopsie.

Această cercetare esențială, în ceea ce privește infecția congenitală cu ZIKV a generat efectuarea unui studiu preclinic pe macaccus rhesus care a testat efectul terapiei cu sofosbuvir, un inhibitor al sintezei ARN viral, în scopul prevenirii transmiterii verticale. Studiul, condus de Gardinalli și colaboratorii (2020), a inoculat femelei sănătoase de macaci, aflate în primul și al doilea trimestru de gestație (Cardinali et al.) o suspensie virală a tulpinii ZIKV ES 2916/2015/ID 250.

Ulterior, jumătate dintre subiecții de studiu au primit sofosbuvir și s-a măsurat greutatea maternă, valorile creatin-kinazei (CK), apariția rash-ului cutanat și rata decesului fetal. S-a observat evoluții clinice similare între grupul activ (tratament cu sofosbuvir) și grupul control în ceea ce privește pierderea în greutate, creșterea CK, apariția rash-ului cutanat și decesele fetale. În grupul control au fost identificate calcificări placentare, cu consecințe fetale variabile, de la anomalii ușoare până la defecte congenitale severe (de exemplu, anomalii ale craniului și toracelui) și moarte fetală.

Fenotipul imunitar identificat în probele de placentă la femelele gestante din grupul control a inclus un număr ridicat de celule Hofbauer, și un număr mai mic de celule supresoare derivate din mieloizi (MDSC) comparativ cu femelele din grupul activ (tratament cu sofosbuvir). Tratamentul cu sofosbuvir a prevenit transmiterea ZIKV la patru fetuși, ceea ce indică faptul că acest medicament poate fi o opțiune viabilă pentru prevenirea infecției congenitale cu ZIKV.

Aceste studii oferă o perspectivă asupra patogenezei transmiterii verticale a vectorilor virali și sugerează modalități de a preveni aceste infecții. Cu toate acestea, sunt necesare viitoare studii pentru a valida aceste constatări la om și pentru a dezvoltarea unor terapii țintite.

Înțelegerea infecției verticale cu CMV cu ajutorul modelelor placentare

Modelele placentare umane reprezintă o tehnologie nouă care are utilitate dincolo de modelele animal și poate fi folosită  pentru a studia atât transmiterea verticală a agenților patogeni virali, cât și fiziologia sarcinii la mamifere. Aceste modele in vitro conțin structuri asemănătoare vilozităților placentei și produc hormoni și proteine la fel ca placenta in vivo; de asemenea, prezintă profiluri transcriptomice și de metilare a ADN similare cu cele ale placentei in vivo.

O echipă de cercetători a dezvoltat în mod independent un model in vitro trofoblastic similar cu  placenta umană,  folosind celule stem trofoblastice umane (hTSC). S-a constatat că, atunci când hTSC-urile au fost însămânțate în picături de Matrigel 3D, aceste modele 3D prezintă o structură tisulară și o producție de gonadotropină corionică umană (hCG) comparabilă cu cea a placentei umane.

Pentru a testa transferul placentar,  organoizii trofoblastici 3D au fost expuși la agenții patogeni emergenți ZIKV și SARS-CoV-2. S-a demonstrat că ambele tipuri de virusuri pot pătrunde cu succes în celulele trofoblastice și pot produce proteine de suprafață, indicând astfel posibilitatea de a modela in vitro infecția transplacentară umană.

Aceste cercetări in vitro deschid calea către caracterizarea moleculară mai aprofundată a răspunsului placentar uman la acțiunea CMV și a altor agenți patogeni virali. De asemenea, au potențialul de a identifica teste de screening de mare utilitate pentru recomandarea unei terapii de prevenire a transmiterii verticale a agenților patogeni virali importanți.

Folosirea modelelor placentare in vitro cu țesut uman reprezintă o tehnică nouă, cu multe posibile utilizări și trebuie luate în considerare și limitările acesteia. În modelul folosit, materialul uman folosit a provenit din probe recoltate în primul trimestru, în timp ce transmiterea transplacentară a hCMV are loc cel mai frecvent în ultimele două trimestre de sarcină.

O altă limitare posibilă este absența mediului imunitar periferic matern, care include limfocitele T citotoxice și reglatoarele circulante, care sunt esențiale pentru evaluarea răspunsului gazdei. În plus, nu este clar dacă modelul in vitro cu material trofoblastic menține celulele uNK native sau celulele Hofbaur fetale in vivo, ceea ce pune în discuție dacă acest model ar putea fi folosit, pentru a investiga interacțiunea imunologică gazdă-patogen. În al treilea rând, nu s-au efectuat evaluări amănunțite, pentru verificarea integrității barierei placentare la interfața materno-fetală, în cadrul acestui model.

În vederea utilizării ulterioare a modelelor placentare in vitro în cercetare  pentru simularea transmiterii verticale a CMV sau a altor agenți patogeni, sunt necesare experimente cu metodologie riguroasă, cum ar fi cultivarea organoizilor placentari împreună cu celulele imunitare materne, înainte de inocularea virală.

Concluzie

Au fost examinate progresele actuale în ceea ce privește un model de transmitere verticală a CMV, in scopul  îmbunătățirii cunoștințelelor legate de aceasta boală și pentru a oferi anumite direcții privind identificarea de tratamente și de vaccinuri viitoare. Organoidele placentare, modele placentare in vitro, pot servi drept platformă credibilă pentru testarea medicamentelor, identificând astfel substanțe potențiale care împiedică pătrunderea hCMV în celule, replicarea virală sau producerea și eliberarea de proteine virale.

În plus, modelele animale in vivo pot fi utilizate pentru a evalua siguranța și eficacitatea metodelor candidate pentru prevenție (cum ar fi vaccinarea) sau tratamentul pentru CMV congenital dobândit. În ciuda acestui interes crescut, în prezent nu există  o abordare aprobată de FDA sau de altă autoritate competentă pentru tratamentul sau pentru prevenirea infecției congenitale cu CMV

Referințe:

https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fviro.2023.1106634/full