COVID-19: Schwere Krankheitsverläufe mit Biomarker frühzeitig identifizieren

Biomarker liefert frühzeitigen Hinweis auf schweren COVID-19-Verlauf

Der größte Teil der Menschen, die sich mit dem Coronavirus SARS-CoV-2 anstecken, entwickelt nur relativ harmlose – oft grippeähnliche – oder gar keine Symptome. Bei manchen Infizierten verläuft die durch das Virus ausgelöste Erkrankung COVID-19 allerdings schwer und endet nicht selten tödlich. Nun berichten Forschende über einen Biomarker, der frühzeitig auf schwere Krankheitsverläufe hinweist.

Mittlerweile wurden weltweit mehr als 150 Millionen Infektionen mit dem Coronavirus SARS-Cov-2 registriert. Bei einigen Menschen verlief beziehungsweise verläuft die Krankheit schwer. Über drei Millionen Infizierte sind gestorben. Schwere COVID-19-Verläufe können nun frühzeitig entdeckt werden. Forschende der Universität Zürich haben nach eigenen Angaben den ersten Biomarker identifiziert, der zuverlässige Voraussagen ermöglicht. Erkrankte mit schweren Krankheitsverläufen können so bestmöglich versorgt werden.

Infektion endet oft tödlich

Wie die Universität Zürich (UZH) in einer aktuellen Mitteilung schreibt, erkranken die meisten Menschen, die sich mit dem Coronavirus SARS-CoV-2 infizieren, nicht oder nicht gravierend.

Doch ein Teil der Patientinnen und Patienten entwickelt einen sehr schweren, lebensgefährlichen COVID-19-Krankheitsverlauf. Diese Personen müssen medizinisch intensiv betreut und künstlich beatmet werden. Für Betroffene endet die Infektion häufig tödlich oder führt zu erheblichen gesundheitlichen Langzeitfolgen.

Um solche Patientinnen und Patienten frühzeitig zu erkennen und rasch zu behandeln, braucht es messbare Anhaltspunkte: prädiktive Biomarker, mit denen sich das Risiko für einen schweren Verlauf vorhersagen lässt.

Anzahl der natürlichen Killer-T-Zellen im Blut

Das Forschungsteam von Burkhard Becher, Professor am Institut für Experimentelle Immunologie der Universität Zürich, hat jetzt zusammen mit Kolleginnen und Kollegen aus Tübingen, Toulouse und Nantes einen solchen Biomarker entdeckt: die Anzahl der natürlichen Killer-T-Zellen im Blut. Sie sind eine Klasse der weißen Blutzellen und ein Teil der frühen Immunabwehr.

„Anhand der Anzahl der Killer-T-Zellen im Blut kann ein schwerer COVID-19-Verlauf mit hoher Sicherheit vorhergesagt werden – und das bereits am Tag der Aufnahme ins Spital“, erklärt Becher.

Die Ergebnisse des Teams sollen am 10. Mai 2021 online in der Fachzeitschrift „Immunity“ veröffentlicht werden und sind bereits jetzt vorab auf der Website der Universität Zürich zu lesen.

Hilfe bei der bestmöglichen Versorgung

Den Angaben zufolge hilft der neue Nachweistest zu entscheiden, welche Organisations- und Therapiemaßnahmen bei einer oder einem COVID-19-Erkrankten ergriffen werden müssen wie Verlegung auf Intensiv- oder Normalstation, Häufigkeit der Sauerstoffsättigungsmessungen, Therapie und Behandlungsstart.

„Für solche Überlegungen sind prädiktive Biomarker sehr hilfreich. Sie helfen, Patienten mit schweren Verläufen bestmöglich zu versorgen“, sagt Stefanie Kreutmair, Erstautorin der Studie.

Die Resultate ermöglichen es auch, neue Therapien gegen COVID-19 zu erforschen, so die Wissenschaftlerin.

Überschießende Antwort des Immunsystems

Ursache für die rapide Verschlechterung von COVID-19-Patientinnen und -Patienten ist eine überschießende Antwort des Immunsystems.

„Die enorme Produktion von Botenstoffen, Zytokinsturm genannt, verursacht eine massive Entzündungsreaktion im Körper. Immunzellen wandern massenweise in die Lunge ein, wo sie den Gasaustausch stören“, erläutert Becher.

Zur Bestimmung der Abwehrzellen und Zytokine in den Patientenproben nutzten die Forschenden der UZH die hochdimensionale Zytometrie. Damit können Eiweiße auf der Oberfläche und im Zellinneren von Millionen von Zellen gleichzeitig und auf Einzelzell-Ebene bestimmt und anschließend durch Computeralgorithmen verarbeitet werden.

„COVID-19-spezifische Immunsignatur“

Neben SARS-CoV-2 können auch zahlreiche andere Krankheitserreger eine Lungenentzündung hervorrufen – und damit eine Immunreaktion. Jene von COVID-19-Erkrankten wurde bereits intensiv untersucht, allerdings war bislang unklar, was die spezifische Immunantwort auf SARS-CoV-2 genau charakterisiert.

Um dies zu ermitteln, analysierten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler zum Vergleich auch Blutproben von Patientinnen und Patienten mit einer schweren Lungenentzündung, die aber durch andere Erreger als das neue Coronavirus ausgelöst wurde.

Der Abgleich der Immunantwort von COVID-19-Erkrankten mit jener der Vergleichsgruppe erlaubte es, das Einzigartige der Immunantwort auf SARS-CoV-2 zu identifizieren.

„Die Immunantwort in den unterschiedlichen Lungenentzündungen sind sehr ähnlich und Teil einer allgemeinen Entzündungsreaktion, wie man sie häufig bei Patienten auf der Intensivstation sieht. T-Zellen und Natürliche Killerzellen verhalten sich bei COVID-19 jedoch einzigartig und definieren eine Art Muster im Immunsystem: die COVID-19-spezifische Immunsignatur“, so Becher. (ad)