CyTOF가 면역 장애를 밝히다: COVID-19의 특징적인 표현형 발견

03 Dec 2020

CyTOF가 면역 장애를 밝히다: COVID-19의 특징적인 표현형 발견

by Jean Huang

Benjamin Terrier, MD, PhD, Professor of Medicine in the Internal Medicine Department of Cochin Hospital in Paris

시스템 자가면역 질환 관리의 전문가인 Benjamin Terrier 박사(MD, PhD)는 정기적으로 환자 샘플을 통해 면역세포의 활성화 상태와 비율이 질병의 심각성에 따라 어떻게 변하는지 알아본다.

Terrier 박사는 파리의 코친 병원 내과 교수다. 면역체계가 다양한 질병에 어떻게 반응할 수 있는지에 대한 그의 깊은 이해는, 프랑스의 새로운 코로나바이러스 발생을 통해 COVID-19 감염 관리에 대한 그의 관심을 유도했다. Terrier 박사와 그의 연구팀은 사이토카인 폭풍으로 인해 질병이 점진적으로 악화되는 환자를 관찰하고 질병의 심각성에 관련된 메커니즘에 대해 궁금해 했다. 그들은 증상 발생 후 8일에서 12일 사이에 일관되게 관찰된 질병 악화 관련 면역학적 특성에 대한 연구를 시작했다.

COVID-19 질병 진행에 대한 더 많은 정보가 시급했기 때문에, 이 연구는 10일 전후로 악화되어 입원한 환자에 대한 횡단적인 분석 (cross-sectional analysis)을 다루었다. 그리고 합병증과 잠재적인 자가면역은 질병 악화와 관련이 있는 것으로 알려져 있지만, 연구팀은 특별히 합병증이 없거나 매우 경미하거나 통제된 합병증을 가진 환자를 연구하여 바이러스 자체에 의해 유발된 변형에 초점을 맞출 수 있도록 했다. 중환자의 인터페론 생성 및 활동이 적은 것이 특징인 인터페론 타입 I 반응의 손상을 나타내는 독특한 표현형을 발견했다. 이 표현형은 또한 혈액에 존재하는 바이러스 양과 악화되는 염증 반응과도 연관되었다.

Terrier 박사는 Pitié-Salpétriere Cytometry(CyPS)와 협력하여 mass cytometry 및 Maxpar® Direct™ Immune Profiling Assay™를 현재 연구에 적용하고 있으며, 현재는 COVID-19 면역 프로파일링에 참여하고 있다. "Mass cytometry로 경도 질환, 중증 질환, 중대 질환 환자의 면역반응을 분석하는 것은 선천적 면역반응과 적응 면역반응을 동시에 커버할 수 있다. 우리는 면역세포뿐만 아니라 이들 환자의 사이토카인 생성과 전사의 특징 (transcriptional signature)도 분석할 수 있었다. 근본적으로, 우리는 전혈의 모든 것을 볼 수 있다"고 Terrier 박사는 설명한다.

그리고 전혈을 채취하는 것이 폐에 국한된 경향을 가진 질병을 분석하는 완벽한 방법은 아닐 수도 있지만, 환자들로부터 샘플을 채취하는 방법 중 훨씬 덜 외과적인 접근법인 것은 분명하다. CyPS 시설과 인터페론 type I 신호를 연구하는 Imagine 및 Pasteur Institute 사이의 지속적인 협력으로 Terrier 박사는 통합적인 접근법과 함께 빠른 출발을 위한 좋은 위치에 있었다.

CyTOF COVID-19로 쉽게 전환하다

"우리는 Maxpar Direct Immune Profiling Assay를 사용했는데, 이는 선천적 면역 반응과 적응적 면역 반응에서 다른 면역 세포 유형을 분석하기 위한 세계적 접근법을 원했기 때문이다. 자가면역 질환의 면역 혼란에 관한 대부분의 이전 연구들은 B 세포, T 세포 또는 조절 (regulatory) T 세포만을 분석하였다. 한 명의 환자로부터 하나의 샘플을 분석하기 위해 여러 개의 다른 tube로 실험하는 전통적인 flow cytometry를 사용하면 좀 더 포괄적인 관점에서 보았을 때 복잡해진다."고 테리어 박사는 말한다. "그래서, 우리는 mass cytometry를 통해 좀 더 글로벌한 접근법을 사용하기를 원했다."

Terrier 박사는 서로 다른 자가면역 질환의 변화 분석과 질병 결과 (disease outcome) 및 치료에 대한 반응에 대한 연관성을 분석하기 위해 mass cytometry를 사용해 왔기 때문에, CyTOF® mass cytometry 분석을 COVID-19 연구에 빠르게 적용 할 수 있었다. 그는 이러한 유형의 글로벌 분석이 COVID-19에서 관찰된 선천적 면역 반응의 혼란 및 명백하게 비정상적인 적응 면역 반응과 잘 일치할 것이라고 인지했다.

현재 Science (Hadjadjjj, J. et al.)에 발표된 이 연구에서는 검사의 표준 기반이 되는 30개 마커 패널에 PD-1과 Tim-3 면역 체크포인트 억제제가 추가된 Maxpar Direct Immune Profileing Assay를 사용했다. 이 확대된 버전의 분석 패널을 사용하여, 이 팀은 1개월 안에 양질의 데이터를 생성하고, 결과를 분석하고, 결과물을 제출하도록 빠르게 작업할 수 있었다. 이 패널의 성공으로, 연구팀은 면역 세포 집단의 분리, 분화, 활성화 상태를 포함한 세포의 추가적인 특성을 연구하기 위한 새로운 패널을 개발하기 위해 최소한 12개의 마커를 추가할 계획이다.

"또한 우리에게 매우 중요한 이점은 Maxpar Pathsetter™ 소프트웨어를 통해 분석을 자동화할 수 있다는 것이다. 이는 상당한 시간 절약이며 훨씬 더 재현 가능하고 수동 분석으로 발생하는 주관성에 의해 발생하는 영향을 덜 받는 데이터를 생성한다”

고 그는 덧붙였다.

새로운 패널을 이용하여 현재의 연구를 확장하다

Terrier 박사는 환자의 추가적인 종적 후속 조치 (longitudinal follow-up)가 계획되어 있으며 추가적인 합병증 연구가 이미 진행되고 있다고 말했다. 그와 그의 팀은 서로 다른 합병증이 COVID-19의 유사한 심각도 수준을 가진 환자들에서 관찰된 인터페론 생산 결함에 어떤 영향을 미칠 수 있는지에 관심이 있다. 또한, 이 연구진은 각 세포 집단이 질병의 심각성에 따라 어떻게 다른지 살펴보고, 관찰된 면역 체계 혼란을 더 잘 이해하고자 한다.

Terrier 박사는 mass cytometry를 이용한 면역반응의 세계적인 관점을 얻는 것이 매우 효과가 있어 현재 연구 중인 자가면역질환에 대한 연구에 그 사용을 확대할 계획이며, 면역세포 특성을 세분화하고 다양한 자가면역질환 간의 차이를 밝히기 위해 새로운 마커를 추가할 계획이라고 한다. 기준이 되는 특징을 만들어냄으로써 치료에 반응하여 발생하는 특정 변화를 식별하고 이 반응에 대해 예상된 특성을 알아낼 수 있으며, 잠재적으로는 더 나은 질병 관리를 위한 경로를 제공할 수 있다.

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