Covid-19 Forschung
Die COVID-19 Projekte
Im März 2020 wurde die COVID-19 Infektions-Krankheit von der WHO zur Pandemie erklärt. In der Folge hat sich The LOOP Zurich im Juli 2020 entschieden, gezielt Forschungsprojekte zu COVID-19 zu unterstützen. Gefördert wurden Projekte, die vom Schweizerischen Nationalfonds (SNF) positiv evaluiert worden waren und zugleich die zentralen Kriterien von LOOP erfüllten: Präzisionsmedizin, biomedizinische Informatik und klinische Forschung. Jedes der vier Projekte erhielt dafür einen eigenen Erweiterungsteil, der den ursprünglichen SNF-Antrag ergänzte und vertiefte.
Im Zentrum standen vier Fragestellungen, die während der Pandemie von grosser Dringlichkeit waren: Biomarker zur Früherkennung schwerer Krankheitsverläufe, geschlechtsspezifische Unterschiede in Verlauf und Langzeitfolgen, neue Ansätze für Impfstoffe sowie das Long-Covid-Syndrom. Alle vier Projekte sind inzwischen abgeschlossen und haben wichtige neue Erkenntnisse geliefert – von einem Biomarker, der schwere Verläufe frühzeitig anzeigt, über ein vertieftes Verständnis der Rolle von Geschlecht und Gender bei COVID-19, bis zu neuen Impfstoffkonzepten und ersten Behandlungsansätzen für Long Covid. Die Resultate wurden in renommierten Fachzeitschriften wie Immunity, Nature Immunology und Intensive Care Medicine veröffentlicht und fliessen in die weitere Forschung sowie teils in klinische Studien ein.
Im Folgenden stellen wir die vier Projekte und ihre wichtigsten Ergebnisse im Überblick vor.
Diese Initiative wurde durch grosszügige Spenden der Vontobel-Stiftung und der Horten Health Foundation unterstützt.
Wie das Immunsystem auf SARS-CoV-2 reagiert
Dissecting the complex interplay between SARS-CoV-2 and the immune system for identification of COVID-19- and hyper-inflammation-specific immune signatures
Leitung: Burkhard Becher
Warum erkranken manche Menschen nur leicht an COVID-19, während andere auf der Intensivstation landen? Um dieser Frage nachzugehen, verglich das Team um Burkhard Becher die Immunprofile von schwer erkrankten COVID-19-Patientinnen und -Patienten mit jenen von Personen mit anderen schweren Lungenentzündungen. Mittels moderner Einzelzell-Analysen liessen sich charakteristische Veränderungen der Immunzellen nachweisen, die spezifisch für COVID-19 waren.
Eine besonders wichtige Entdeckung war ein Biomarker: Ein bestimmter Anteil an sogenannten CD56-positiven T-Zellen im Blut erlaubte es, bereits kurz nach Spitaleintritt vorherzusagen, welche Patientinnen und Patienten einen schweren Verlauf nehmen würden. Diese Ergebnisse wurden 2021 in der Fachzeitschrift Immunity veröffentlicht und seither in der Forschung breit beachtet. In einer weiteren Untersuchung zeigte das Team, dass Personen mit chronischen Nierenerkrankungen ein deutlich erhöhtes Risiko für einen schweren Verlauf hatten – ein Zusammenhang, der 2022 im Journal of Allergy and Clinical Immunology publiziert wurde.
Das Projekt untersuchte zudem, wie verschiedene Kombinationen von COVID-19-Impfstoffen die Immunantwort beeinflussen. In einer grossen Kohorte in Argentinien zeigte sich, dass die Kombination unterschiedlicher Impfstofftypen (sogenannte heterologe Impfschemata) oft eine stärkere Immunantwort auslöst als die wiederholte Gabe des gleichen Impfstoffs. Diese Erkenntnisse wurden 2023 in Nature Immunology veröffentlicht. Insgesamt erzielte das Projekt mehrere hochrangig publizierte Resultate und trägt dazu bei, gefährdete Patientinnen und Patienten künftig früher zu erkennen und gezielter zu behandeln.
Geschlecht, Gender und der Verlauf von COVID-19
Development of a gender-sensitive risk assessment tool to predict short- and long-term outcomes of COVID-19 (COVID-GEnder: COGEN)
Leitung: Catherine Gebhard
Erkranken Männer und Frauen unterschiedlich an COVID-19 – und woran liegt das? Um diese Frage zu klären, wertete das Team um Catherine Gebhard die Daten von rund 3000 COVID-19-Patientinnen und -Patienten aus den Spitälern Zürich, Basel, Bern und Baden aus.
Es zeigte sich, dass Männer ein deutlich höheres Risiko hatten, während der akuten Erkrankung auf die Intensivstation verlegt, künstlich beatmet zu werden oder zu versterben. Sobald Patientinnen und Patienten jedoch hospitalisiert waren, verschwand dieser Unterschied. Bei den Langzeitfolgen zeigte sich ein anderes Bild: Frauen berichteten deutlich häufiger von einem Post-COVID-Syndrom als Männer. Die Auswertung ergab, dass dies weniger mit dem biologischen Geschlecht zusammenhängt als mit sogenannten Gender-Faktoren – also mit sozialen und psychosozialen Lebensumständen wie hoher Stressbelastung, Alleinerziehen, Alleinleben oder einem niedrigeren Bildungsniveau. Diese Erkenntnisse wurden unter anderem in der Fachzeitschrift Intensive Care Medicine veröffentlicht und an der Jahrestagung der Schweizerischen Gesellschaft für Intensivmedizin 2022 als beste mündliche Präsentation ausgezeichnet.
Aus den gesammelten Daten entstand zudem eine webbasierte Anwendung, die am Universitätsspital Zürich zur Abschätzung des individuellen Sterberisikos bei COVID-19 eingesetzt werden kann. Die im Projekt entwickelte Methodik zur Erfassung von Gender-Faktoren soll künftig auch bei anderen Krankheitsbildern angewendet werden, und die erhobenen Daten stehen der neuen Biomedical Informatics Platform (BMIP) in Zürich für weitere Forschung zur Verfügung.
Ein oraler Impfstoff auf Basis von Darmbakterien
Defeating SARS-CoV-2 with B. subtilis biofilms
Leitung: Cornel Fraefel
Können Impfungen künftig geschluckt statt gespritzt werden? Diesem Ziel widmete sich das Team um Cornel Fraefel mit einem ungewöhnlichen Ansatz: Es nutzte genetisch veränderte Bacillus-subtilis-Bakterien – harmlose Darmbewohner, die von Natur aus schützende Biofilme bilden – als Trägerplattform für Impfstoffe.
Im Projekt gelang es dem Team, gleich zwei unterschiedliche Bestandteile des Coronavirus gleichzeitig auf der Oberfläche eines einzigen Biofilms zu präsentieren, was die Wirksamkeit eines künftigen Impfstoffs erhöhen könnte. Darüber hinaus zeigte das Team erstmals, dass sich mit dieser Plattform auch funktionale, virusneutralisierende Antikörper direkt im Biofilm herstellen und freisetzen lassen. Ein so hergestellter Antikörper konnte in Laborversuchen das Eindringen des Virus in Zellen zu einem grossen Teil verhindern – eine Wirksamkeit, die nahe an jene kommerziell erhältlicher Antikörper-Medikamente heranreicht. Mit Hilfe von künstlicher Intelligenz und modernen Sequenzierungsmethoden identifizierte das Team zudem Antikörper-Kandidaten, die gegen mehrere Varianten des Coronavirus wirksam sein könnten.
Die Technologie befindet sich weiterhin im präklinischen Stadium und wird derzeit in Tiermodellen weiter geprüft; ein Patentantrag ist in Vorbereitung. Das Projekt hat damit eine flexible Plattform-Technologie geschaffen, die über COVID-19 hinaus für vorbeugende wie auch für therapeutische Anwendungen genutzt werden könnte.
Immunveränderungen bei Long Covid besser verstehen und behandeln
SARS-CoV-2-Induced Immune Alterations and their Role in Post-COVID Syndrome
Leitung: Roland Martin
Dieses Projekt nimmt sich Long-COVID an. Jede Dritte an COVID erkrankte Person leidet am Long-COVID Syndrom, welches die Lebensqualität massiv beeinträchtigt. Übermässige, lähmende Müdigkeit, sowie ein Nachlassen der Denkleistung sind nur zwei Symptome, die grosse Sorgen bereiten. Nur mühsam kämpfen sich Betroffene in die Normalität zurück. Dafür nötig sind eine breite therapeutische und medizinische Betreuung. Deshalb wollen die Forscher um Prof. Martin der Ursache dieses Syndroms so bald wie möglich auf die Spur kommen und daraus Behandlungsmöglichkeiten entwickeln. Sie vermuten, dass die Abwehrreaktion des Körpers gegen SARS-COV-2 die Abwehrkräfte längerfristig aus dem Gleichgewicht bringt. Könnte man herausfinden, wie dies genau geschieht, könnte das bei der Wahl von Impfstoffen eine wertvolle Hilfe für den individuellen Patienten sein sowie eine langersehnte Therapie bei Long-COVID ermöglichen.