In der Studie, online veröffentlicht am 29. März in Natur , Die Forscher bildeten autopsiertes Lungengewebe auf eine Weise ab, die gleichzeitig Dutzende von molekularen Markern auf Zellen hervorhob. Die Analyse dieser Daten mit neuartigen Analysewerkzeugen ergab neue Einblicke in die Schadensursachen dieser Lungenerkrankungen und eine reichhaltige Datenquelle für die weitere Forschung.
„COVID-19 ist eine komplexe Krankheit, und wir wissen immer noch nicht genau, was es mit vielen Organen macht, aber mit dieser Studie konnten wir ein viel klareres Verständnis der Auswirkungen auf die Lunge entwickeln, " sagte Co-Senior-Autor Dr. Olivier Elemento, Professor für Physiologie und Biophysik, Direktor des Caryl and Israel Englander Institute for Precision Medicine, stellvertretender Direktor des HRH Prince Alwaleed Bin Talal Bin Abdulaziz Alsaud Institute for Computational Biomedicine bei Weill Cornell Medicine und Co-Direktor der WorldQuant Initiative for Quantitative Prediction, die die Technologie zur Einzelzellanalyse von Gewebe finanzierte. "Ich denke, der technologische Ansatz, den wir hier verwendet haben, wird zum Standard für die Untersuchung solcher Krankheiten."
Traditionelle Gewebeanalyse, häufig mit chemischen Farbstoffen oder markierten Antikörpern, die verschiedene Moleküle auf Zellen markieren und wichtige Merkmale von autopsierten Geweben aufdecken können. Jedoch, Dieser Ansatz ist in der Anzahl der Merkmale begrenzt, die er gleichzeitig markieren kann. Es erlaubt normalerweise auch keine detaillierte Analyse einzelner Zellen in Geweben, während Informationen darüber gespeichert werden, wo sich die Zellen im Gewebe befanden.
Die Haupttechnologie, die die Forscher in der Studie verwendeten, eine Technologie namens bildgebende Massenzytometrie, überwindet diese Einschränkungen weitgehend. Es verwendet eine Sammlung von metallmarkierten Antikörpern, die gleichzeitig bis zu mehreren Dutzend molekularer Marker auf Zellen innerhalb von Geweben markieren können. Ein spezieller Laser scannt die beschrifteten Gewebeschnitte, Verdampfen der Metalletiketten, und die unterschiedlichen Signaturen der Metalle werden erkannt und mit der Laserposition korreliert. Die Technik kartiert im Wesentlichen genau, wo sich Zellen in der Probe befinden, sowie die Oberflächenrezeptoren jeder Zelle und andere wichtige Identifizierungsmarker. Insgesamt über 650, 000 Zellen wurden analysiert.
Die Forscher wandten die Methode auf 19 Lungengewebeproben an, die von Patienten, die an schwerem COVID-19 gestorben waren, obduziert worden waren. akute bakterielle Lungenentzündung, oder bakterielles oder grippebedingtes akutes Atemnotsyndrom, plus vier Lungengewebeproben, die von Personen autopsiert wurden, die keine Lungenerkrankung hatten.
Die Ergebnisse in Proben von COVID-19-Fällen stimmten weitgehend mit dem überein, was über die Krankheit bekannt ist. aber klärte dieses Wissen in viel feineren Details. Sie zeigten zum Beispiel, dass Zellen, die Alveolarepithelzellen genannt werden, die die Gasaustauschfunktion der Lunge vermitteln, sind die Hauptziele einer Infektion mit SARS-CoV-2, das Coronavirus, das COVID-19 verursacht.
Die Analyse deutete darauf hin, dass diese infizierten Zellen nicht nur für den Angriff lungeninfiltrierender Immunzellen ausgewählt werden, sondern Dies könnte helfen zu erklären, warum sich die Entzündung bei schwerem COVID-19 oft weiter verschlimmert und am Ende so umfangreiche und relativ willkürliche Schäden anrichtet.
Eine Überraschung war, dass Alter und Geschlecht, zwei Hauptfaktoren für das Sterblichkeitsrisiko für COVID-19, auf histologischer Ebene keinen erkennbaren Unterschied gemacht, sobald COVID-19 das schwere Stadium erreicht hatte.
Die Ergebnisse zeigten auch, dass weiße Blutkörperchen, sogenannte Makrophagen, in der Lunge schwerer COVID-19-Patienten im Vergleich zu anderen Lungenerkrankungen viel häufiger vorkommen. wohingegen weiße Blutkörperchen, die als Neutrophile bezeichnet werden, am häufigsten bei bakterieller Lungenentzündung vorkommen – eine Unterscheidung, die für die Entwicklung zukünftiger Behandlungen für diese Infektionskrankheiten relevant sein könnte.
Gesamt, Die Studie liefert ein differenziertes Bild des Krankheitsverlaufs bei COVID-19 und wie er sich von anderen infektiösen Lungenerkrankungen unterscheidet. Es hat neue Forschungsfragen aufgeworfen, die jetzt untersucht werden, sagten die Ermittler, und enthält eine Fülle von Beobachtungen, die mit Standardpathologietechniken nicht möglich gewesen wären.
„Die Anwendung von Technologien, wie wir sie hier demonstriert haben, wird den Nutzen autopsiebasierter Krankheitsstudien enorm steigern. " sagte Co-Senior-Autor Dr. Alain Borczuk, Professor für Pathologie und Laboratoriumsmedizin bei Weill Cornell Medicine und Pathologe am New York-Presbyterian/Weill Cornell Medical Center.
Die Forscher betonten, dass die Technik nicht nur auf eine Vielzahl anderer Krankheiten anwendbar ist, für die Gewebe gewonnen werden kann, sondern sondern soll auch Ärzten und Wissenschaftlern erstmals eine praktische Methode zur Abgrenzung wichtiger Unterschiede innerhalb von Krankheitskategorien an die Hand geben.
Traditionell für Lunge, Leber, und anderen Organkrankheiten haben wir diese breiten Diagnosen, die tatsächlich mehrere verschiedene Krankheiten abdecken – jetzt haben wir ein Werkzeug, das es uns ermöglicht, routinemäßig zwischen diesen verschiedenen Krankheiten zu unterscheiden, und hoffentlich diese Unterscheidungen nutzen, um Patienten effektiver zu behandeln. Ich denke, das hat das Potenzial, die Medizin zu revolutionieren."
Dr. Robert Schwartz, Co-Senior Autor, Außerordentlicher Professor für Medizin, Abteilung für Gastroenterologie und Hepatologie bei Weill Cornell Medicine, und Pathologe am New York-Presbyterian/Weill Cornell Medical Center
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