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https://www.arca.fiocruz.br/handle/icict/58505
PHOTOBIOMODULATION REDUCES THE CYTOKINE STORM SYNDROME ASSOCIATED WITH COVID-19 IN THE ZEBRAFISH MODEL
Cytokine Release Syndrome
Oxidative Stress
rSpike
Photobiomodulation
Low-Level Light Therapy
Zebrafish
Síndrome da Liberação de Citocina
Estresse Oxidativo
COVID-19
Terapia com Luz de Baixa Intensidade
Peixe-Zebra
Author
Rosa, Ivana F.
Peçanha, Ana P. B.
Carvalho, Tábata R. B.
Alexandre, Leonardo S.
Ferreira, Vinícius G.
Doretto, Lucas B.
Souza, Beatriz M.
Nakajima, Rafael T.
Silva, Patrick da
Barbosa, Ana P.
Gomes-de-Pontes, Leticia
Bomfim, Camila G.
Machado-Santelli, Glaucia M.
Condino-Neto, Antonio
Guzzo, Cristiane R.
Peron, Jean P. S.
Andrade-Silva, Magaiver
Câmara, Niels O. S.
Garnique, AnaliM. B.
Medeiros, Renata J.
Ferraris, Fausto K.
Barcellos, Leonardo J. G.
Correia-Junior, Jose D.
Galindo-Villegas, Jorge
Machado, Mônica F. R.
Castoldi, Angela
Oliveira, Susana L.
Costa, Camila C.
Belo, Marco A. A.
Galdino, Giovane
Sgro, Germán G.
Bueno, Natalia F.
Eto, Silas F.
Veras, Flávio P.
Fernandes, Bianca H. V.
Sanches, Paulo R. S.
Cilli, Eduardo M.
Malafaia, Guilherme
Nóbrega, Rafael H.
Garcez, Aguinaldo S.
Carrilho, Emanuel
Charlie-Silva, Ives
Peçanha, Ana P. B.
Carvalho, Tábata R. B.
Alexandre, Leonardo S.
Ferreira, Vinícius G.
Doretto, Lucas B.
Souza, Beatriz M.
Nakajima, Rafael T.
Silva, Patrick da
Barbosa, Ana P.
Gomes-de-Pontes, Leticia
Bomfim, Camila G.
Machado-Santelli, Glaucia M.
Condino-Neto, Antonio
Guzzo, Cristiane R.
Peron, Jean P. S.
Andrade-Silva, Magaiver
Câmara, Niels O. S.
Garnique, AnaliM. B.
Medeiros, Renata J.
Ferraris, Fausto K.
Barcellos, Leonardo J. G.
Correia-Junior, Jose D.
Galindo-Villegas, Jorge
Machado, Mônica F. R.
Castoldi, Angela
Oliveira, Susana L.
Costa, Camila C.
Belo, Marco A. A.
Galdino, Giovane
Sgro, Germán G.
Bueno, Natalia F.
Eto, Silas F.
Veras, Flávio P.
Fernandes, Bianca H. V.
Sanches, Paulo R. S.
Cilli, Eduardo M.
Malafaia, Guilherme
Nóbrega, Rafael H.
Garcez, Aguinaldo S.
Carrilho, Emanuel
Charlie-Silva, Ives
Affilliation
Universidade Estadual Paulista. Instituto de Biociências. Departamento de Biologia Funcional e Estrutural. Botucatu, SP, Brasil.
Faculdade São Leopoldo Mandic. Departamento de Ortodontia. Campinas, SP, Brasil.
Faculdade São Leopoldo Mandic. Departamento de Ortodontia. Campinas, SP, Brasil.
Universidade de São Paulo. Instituto de Química de São Carlos. São Carlos, SP, Brasil. / Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia de Bioanalítica. Campinas, SP, Brasil.
Universidade de São Paulo. Instituto de Química de São Carlos. São Carlos, SP, Brasil. / Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia de Bioanalítica. Campinas, SP, Brasil.
Universidade Estadual Paulista. Instituto de Biociências. Departamento de Biologia Funcional e Estrutural. Botucatu, SP, Brasil.
Universidade Estadual Paulista. Instituto de Biociências. Departamento de Biologia Funcional e Estrutural. Botucatu, SP, Brasil.
Universidade Estadual Paulista. Instituto de Biociências. Departamento de Biologia Funcional e Estrutural. Botucatu, SP, Brasil.
Universidade de São Paulo. Instituto de Ciências Biomédicas. São Paulo, SP, Brasil.
Universidade de São Paulo. Instituto de Ciências Biomédicas. São Paulo, SP, Brasil.
Universidade de São Paulo. Instituto de Ciências Biomédicas. São Paulo, SP, Brasil.
Universidade de São Paulo. Instituto de Ciências Biomédicas. São Paulo, SP, Brasil.
Universidade de São Paulo. Instituto de Ciências Biomédicas. São Paulo, SP, Brasil.
Universidade de São Paulo. Instituto de Ciências Biomédicas. São Paulo, SP, Brasil.
Universidade de São Paulo. Instituto de Ciências Biomédicas. São Paulo, SP, Brasil.
Universidade de São Paulo. Instituto de Ciências Biomédicas. São Paulo, SP, Brasil.
Universidade de São Paulo. Instituto de Ciências Biomédicas. São Paulo, SP, Brasil.
Universidade de São Paulo. Instituto de Ciências Biomédicas. São Paulo, SP, Brasil.
Universidade de São Paulo. Instituto de Ciências Biomédicas. São Paulo, SP, Brasil.
Fundação Oswaldo Cruz. Rio de Janeiro, RJ, Brasil.
Universidade de Passo Fundo. Escola de Ciências Agrárias, Inovação e Negócios. Laboratório de Fisiologia de Peixes. Programa de Pós-Graduação em Bioexperimentação. Passo Fundo, RS, Brasil.
Universidade Federal de Minas Gerais. Instituto de Ciências Biomédicas. Belo Horizonte, MG, Brasil.
Department of Genomics. Faculty of Biosciences and Aquaculture. Nord University. Norway.
Universidade Federal de Jataí. Unidade Acadêmica Especial de Ciências Biológicas. Jataí, GO, Brasil.
Universidade Federal de Pernambuco. Instituto Keizo Asami. Recife, PE, Brasil.
Universidade Estadual Paulista. Faculdade de Ciências Agrárias e Veterinária. Jaboticabal, SP, Brasil.
Universidade Estadual Paulista. Faculdade de Ciências Agrárias e Veterinária. Jaboticabal, SP, Brasil.
Universidade Estadual Paulista. Faculdade de Ciências Agrárias e Veterinária. Jaboticabal, SP, Brasil.
Universidade Federal de Alfenas. Instituto de Ciências da Motricidade. Departamento de Fisioterapia. Alfenas, MG, BR.
Universidade de São Paulo. Faculdade de Ciências Farmacêuticas de Ribeirão Preto. Departamento de Ciências Biomoleculares. Ribeirão Preto, SP, Brasil.
Fundação Oswaldo Cruz. Instituto Carlos Chagas. Plataforma de Biologia Estrutural Integrada. Curitiba, PR, Brasil.
Instituto Butantan. Centro de Inovação e Desenvolvimento. Laboratório de Desenvolvimento e Inovação. São Paulo, SP, Brasil.
Universidade de São Paulo. Faculdade de Medicina de Ribeirão Preto. Ribeirão Preto, SP, Brasil.
Universidade de São Paulo. Faculdade de Medicina. Conselho Técnico de Apoio ao Ensino e à Pesquisa. Laboratório de Controle Genético e Sanitário. São Paulo, SP, Brasil.
Universidade Estadual Paulista. Instituto de Química. Departamento de Química Orgânica e Bioquímica. Araraquara, SP, Brasil.
Universidade Estadual Paulista. Instituto de Química. Departamento de Química Orgânica e Bioquímica. Araraquara, SP, Brasil.
Instituto Federal Goiano. Campus Urutaí. Laboratório de Toxicologia Aplicada ao Meio Ambiente.
Universidade Estadual Paulista. Instituto de Biociências. Departamento de Biologia Funcional e Estrutural. Botucatu, SP, Brasil.
Faculdade São Leopoldo Mandic. Departamento de Ortodontia. Campinas, SP, Brasil.
Universidade de São Paulo. Instituto de Química de São Carlos. São Carlos, SP, Brasil. / Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia de Bioanalítica. Campinas, SP, Brasil.
Universidade Estadual Paulista. Instituto de Química. Departamento de Química Orgânica e Bioquímica. Araraquara, SP, Brasil.
Faculdade São Leopoldo Mandic. Departamento de Ortodontia. Campinas, SP, Brasil.
Faculdade São Leopoldo Mandic. Departamento de Ortodontia. Campinas, SP, Brasil.
Universidade de São Paulo. Instituto de Química de São Carlos. São Carlos, SP, Brasil. / Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia de Bioanalítica. Campinas, SP, Brasil.
Universidade de São Paulo. Instituto de Química de São Carlos. São Carlos, SP, Brasil. / Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia de Bioanalítica. Campinas, SP, Brasil.
Universidade Estadual Paulista. Instituto de Biociências. Departamento de Biologia Funcional e Estrutural. Botucatu, SP, Brasil.
Universidade Estadual Paulista. Instituto de Biociências. Departamento de Biologia Funcional e Estrutural. Botucatu, SP, Brasil.
Universidade Estadual Paulista. Instituto de Biociências. Departamento de Biologia Funcional e Estrutural. Botucatu, SP, Brasil.
Universidade de São Paulo. Instituto de Ciências Biomédicas. São Paulo, SP, Brasil.
Universidade de São Paulo. Instituto de Ciências Biomédicas. São Paulo, SP, Brasil.
Universidade de São Paulo. Instituto de Ciências Biomédicas. São Paulo, SP, Brasil.
Universidade de São Paulo. Instituto de Ciências Biomédicas. São Paulo, SP, Brasil.
Universidade de São Paulo. Instituto de Ciências Biomédicas. São Paulo, SP, Brasil.
Universidade de São Paulo. Instituto de Ciências Biomédicas. São Paulo, SP, Brasil.
Universidade de São Paulo. Instituto de Ciências Biomédicas. São Paulo, SP, Brasil.
Universidade de São Paulo. Instituto de Ciências Biomédicas. São Paulo, SP, Brasil.
Universidade de São Paulo. Instituto de Ciências Biomédicas. São Paulo, SP, Brasil.
Universidade de São Paulo. Instituto de Ciências Biomédicas. São Paulo, SP, Brasil.
Universidade de São Paulo. Instituto de Ciências Biomédicas. São Paulo, SP, Brasil.
Fundação Oswaldo Cruz. Rio de Janeiro, RJ, Brasil.
Universidade de Passo Fundo. Escola de Ciências Agrárias, Inovação e Negócios. Laboratório de Fisiologia de Peixes. Programa de Pós-Graduação em Bioexperimentação. Passo Fundo, RS, Brasil.
Universidade Federal de Minas Gerais. Instituto de Ciências Biomédicas. Belo Horizonte, MG, Brasil.
Department of Genomics. Faculty of Biosciences and Aquaculture. Nord University. Norway.
Universidade Federal de Jataí. Unidade Acadêmica Especial de Ciências Biológicas. Jataí, GO, Brasil.
Universidade Federal de Pernambuco. Instituto Keizo Asami. Recife, PE, Brasil.
Universidade Estadual Paulista. Faculdade de Ciências Agrárias e Veterinária. Jaboticabal, SP, Brasil.
Universidade Estadual Paulista. Faculdade de Ciências Agrárias e Veterinária. Jaboticabal, SP, Brasil.
Universidade Estadual Paulista. Faculdade de Ciências Agrárias e Veterinária. Jaboticabal, SP, Brasil.
Universidade Federal de Alfenas. Instituto de Ciências da Motricidade. Departamento de Fisioterapia. Alfenas, MG, BR.
Universidade de São Paulo. Faculdade de Ciências Farmacêuticas de Ribeirão Preto. Departamento de Ciências Biomoleculares. Ribeirão Preto, SP, Brasil.
Fundação Oswaldo Cruz. Instituto Carlos Chagas. Plataforma de Biologia Estrutural Integrada. Curitiba, PR, Brasil.
Instituto Butantan. Centro de Inovação e Desenvolvimento. Laboratório de Desenvolvimento e Inovação. São Paulo, SP, Brasil.
Universidade de São Paulo. Faculdade de Medicina de Ribeirão Preto. Ribeirão Preto, SP, Brasil.
Universidade de São Paulo. Faculdade de Medicina. Conselho Técnico de Apoio ao Ensino e à Pesquisa. Laboratório de Controle Genético e Sanitário. São Paulo, SP, Brasil.
Universidade Estadual Paulista. Instituto de Química. Departamento de Química Orgânica e Bioquímica. Araraquara, SP, Brasil.
Universidade Estadual Paulista. Instituto de Química. Departamento de Química Orgânica e Bioquímica. Araraquara, SP, Brasil.
Instituto Federal Goiano. Campus Urutaí. Laboratório de Toxicologia Aplicada ao Meio Ambiente.
Universidade Estadual Paulista. Instituto de Biociências. Departamento de Biologia Funcional e Estrutural. Botucatu, SP, Brasil.
Faculdade São Leopoldo Mandic. Departamento de Ortodontia. Campinas, SP, Brasil.
Universidade de São Paulo. Instituto de Química de São Carlos. São Carlos, SP, Brasil. / Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia de Bioanalítica. Campinas, SP, Brasil.
Universidade Estadual Paulista. Instituto de Química. Departamento de Química Orgânica e Bioquímica. Araraquara, SP, Brasil.
Abstract
Although the exact mechanism of the pathogenesis of coronavirus SARS-CoV-2 (COVID-19) is not fully understood, oxidative stress and the release of pro-inflammatory cytokines have been highlighted as playing a vital role in the pathogenesis of the disease. In this sense, alternative treatments are needed to reduce the level of inflammation caused by COVID-19. Therefore, this study aimed to investigate the potential effect of red photobiomodulation (PBM) as an attractive therapy to downregulate the cytokine storm caused by COVID-19 in a zebrafish model. RT-qPCR analyses and protein–protein interaction prediction among SARS-CoV-2 and Danio rerio proteins showed that recombinant Spike protein (rSpike) was responsible for generating systemic inflammatory processes with significantly increased levels of pro-inflammatory (il1b, il6, tnfa, and nfkbiab), oxidative stress (romo1) and energy metabolism (slc2a1a and coa1) mRNA markers, with a pattern similar to those observed in COVID-19 cases in umans. On the other hand, PBM treatment was able to decrease the mRNA levels of these pro-inflammatory and oxidative stress markers compared with rSpike in various tissues, promoting an anti- inflammatory response. Conversely, PBM promotes cellular and tissue repair of injured tissues and significantly increases the survival rate of rSpike-inoculated individuals. Additionally, metabolomics analysis showed that the most-impacted metabolic pathways between PBM and the rSpike treated groups were related to steroid metabolism, immune system, and lipid metabolism. Together, our findings suggest that the inflammatory process is an incisive feature of COVID-19 and red PBM can be used as a novel therapeutic agent for COVID-19 by regulating the inflammatory response. Nevertheless, the need for more clinical trials remains, and there is a significant gap to overcome before clinical trials can commence.
Keywords
Cytokine StormCytokine Release Syndrome
Oxidative Stress
rSpike
Photobiomodulation
Low-Level Light Therapy
Zebrafish
DeCS
Tempestade de CitocinaSíndrome da Liberação de Citocina
Estresse Oxidativo
COVID-19
Terapia com Luz de Baixa Intensidade
Peixe-Zebra
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