Estructura de la red neuronal.

Las citoquinas son proteínas que ayudan a la proliferación, diferenciación y comunicación entre células durante la reacción inflamatoria. Regulan la respuesta inmunitaria desencadenando el inicio de la respuesta anti-infecciosa. La síntesis exagerada de citoquinas o tormenta de citoquinas está directamente implicada en los casos críticos de pacientes afectados por la COVID-19. La tormenta de citoquinas puede promover la necrosis o apoptosis de células T, uno de los dos tipos de linfocitos. Los linfocitos T ayudan a controlar las respuestas del sistema inmunitario, entre otras funciones. La exhaución y eliminación de linfocitos genera linfopenia, definida como un recuento de linfocitos en la sangre por debajo de < 1500/μL en adultos.

Hay desacuerdo entre quienes defienden la existencia de una correlación negativa entre la concentración de citoquinas y el recuento de células T en pacientes, como Diao et al. (1), y quienes no encuentran una correlación lineal significativa entre citoquinas y linfocitos, como Wan et al. (2).

¿Puede simularse computacionalmente la acción de las citoquinas en la linfopenia que se produce en la COVID-19?

En nuestro último estudio, hemos diseñado y entrenado una red neuronal artificial (3) que ha validado computacionalmente la hipótesis defendida por Diao et al. en (1): 

Una elevada concentración de citoquinas (especialmente, interleuquina-6 e interleuquina-10) provoca una reducción significativa en el recuento de los linfocitos de los pacientes afectados por la COVID-19.

Tomando una muestra de más de 2000 pacientes graves ingresados por la COVID-19, procedentes de 10 estudios médicos, hemos modelado el proceso usando un algoritmo de aprendizaje de correlación en cascada a través de backpropagación. El porcentaje de precisión predictiva ha sido del 94%.

Las implicaciones médicas de la hipótesis validada computacionalmente son importantes para la clarificación de la enfermedad y para la búsqueda de tratamientos efectivos. Casi el 85% de pacientes con COVID-19 grave presenta linfopenia y la persistencia de linfopenia es un signo de mal pronóstico en términos de supervivencia. La linfopenia, correlacionada con la hipercitoquinemia inducida por la COVID-19, puede ser un biomarcador muy útil para la predicción rápida de la enfermedad en pacientes que pueden derivar hacia casos críticos.

Medicamentos que eviten la exhaución y apoptosis de linfocitos, como sugieren Bermejo-Martín et al. en (4), así como medicamentos que medien en el proceso inflamatorio (anticuerpos que bloqueen los receptores de la interleuquina-6-tocilizumab y sarilumab-o el factor de necrosis tumoral-adalimumab y golimumab), están siendo empleados para los pacientes hospitalizados por la COVID-19.

Referencias

1. Diao B, Wang C, Tan Y, Chen X, Liu Y, Ning L, et al. Reduction and functional exhaustion of T cells in patients with coronavirus disease 2019 (COVID-19). medRxiv preprint. Doi:10.1101/2020.02.18.20024364.

2. Wan S, Yi Q, Fan S, Lv J, Zhang X, Guo L, et al. Characteristics of lymphocyte subsets and cytokines in peripheral blood of 123 hospitalized patients with 2019 novel coronavirus pneumonia (NCP). medRxiv preprint. Doi: 10.1101/2020.02.10.20021832.

3. Pelta C. Artificial neural networks for modeling the interaction between cytokines inducing lymphopenia in patients with COVID-19. AMI 2020; 42, 157-168. Disponible en: https://ami.info.umfcluj.ro/index.php/AMI/article/view/786.

4. Bermejo-Martín JF, Almansa R, Menéndez R, Méndez R, Kelvin DJ, Torres A. Lymphopenic community acquired pneumonia as signature of severe COVID-19 infection. J Infect. 2020;80: e23-e24. Doi:10.1016/j.jinf.2020.02.029.

Carlos Pelta
Carlos Pelta

Doctor en Psicología por la Universidad Complutense de Madrid, actualmente es investigador asociado al Departamento de Psicología Experimental, Procesos Cognitivos y Logopedia de dicha Universidad. Interesado en las aplicaciones de la Inteligencia Artificial a los campos de la Psicología y de la Neurociencia y en el desarrollo de algoritmos computacionales para el estudio de los sistemas complejos. Esta es su página en Researchgate.

Sobre este blog

Este blog pretende dar a conocer aquellas investigaciones que se están realizando en torno a la interacción entre los procesos cognitivos del cerebro humano y la ciencia computacional.

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