Nello studio, pubblicato online il 29 marzo in Natura , i ricercatori hanno ripreso il tessuto polmonare sottoposto ad autopsia in un modo che ha evidenziato contemporaneamente dozzine di marcatori molecolari sulle cellule. L'analisi di questi dati utilizzando nuovi strumenti analitici ha rivelato nuove intuizioni sulle cause dei danni in queste malattie polmonari e una ricca risorsa di dati per ulteriori ricerche.
"Il COVID-19 è una malattia complessa, e ancora non capiamo esattamente cosa fa a molti organi, ma con questo studio siamo stati in grado di sviluppare una comprensione molto più chiara dei suoi effetti sui polmoni, " ha detto il co-autore senior Dr. Olivier Elemento, professore di fisiologia e biofisica, direttore del Caryl e Israel Englander Institute for Precision Medicine, direttore associato di Sua Altezza Reale il Principe Alwaleed Bin Talal Bin Abdulaziz Alsaud Institute for Computational Biomedicine presso Weill Cornell Medicine e co-direttore della WorldQuant Initiative for Quantitative Prediction, che ha finanziato la tecnologia per l'analisi unicellulare dei tessuti. "Penso che l'approccio tecnologico che abbiamo usato qui diventerà lo standard per lo studio di tali malattie".
Analisi tissutale tradizionale, spesso utilizzando coloranti chimici o anticorpi marcati che etichettano diverse molecole sulle cellule e possono rivelare importanti caratteristiche dei tessuti sottoposti ad autopsia. Però, questo approccio è limitato nel numero di caratteristiche che può contrassegnare contemporaneamente. Inoltre, di solito non consente analisi dettagliate delle singole cellule nei tessuti, pur conservando informazioni su dove si trovavano le cellule nel tessuto.
La principale tecnologia impiegata dai ricercatori nello studio, una tecnologia chiamata citometria di massa per immagini, supera ampiamente tali limiti. Utilizza una raccolta di anticorpi marcati con metalli che possono etichettare contemporaneamente fino a diverse dozzine di marcatori molecolari sulle cellule all'interno dei tessuti. Uno speciale laser scansiona le sezioni di tessuto etichettate, vaporizzare le targhette metalliche, e le firme distinte dei metalli vengono rilevate e correlate con la posizione del laser. La tecnica essenzialmente mappa con precisione dove si trovano le cellule nel campione, nonché i recettori di superficie di ciascuna cellula e altri importanti marcatori di identificazione. Complessivamente oltre 650, Sono state analizzate 000 cellule.
I ricercatori hanno applicato il metodo a 19 campioni di tessuto polmonare sottoposti ad autopsia da pazienti deceduti per grave COVID-19, polmonite batterica acuta, o sindrome da distress respiratorio acuto batterico o influenzale, più quattro campioni di tessuto polmonare sottoposti ad autopsia da persone che non avevano avuto malattie polmonari.
I risultati nei campioni dei casi di COVID-19 erano ampiamente coerenti con ciò che è noto sulla malattia, ma ha chiarito questa conoscenza in modo molto più fine. Hanno mostrato per esempio che le cellule chiamate cellule epiteliali alveolari, che mediano la funzione di scambio di gas dei polmoni, sono i principali bersagli dell'infezione da SARS-CoV-2, il coronavirus che causa il COVID-19.
L'analisi ha suggerito che queste cellule infette non sono solo individuate per l'attacco da parte delle cellule immunitarie che si infiltrano nei polmoni, il che può aiutare a spiegare perché l'infiammazione spesso continua a peggiorare in caso di COVID-19 grave e finisce per causare danni così estesi e relativamente indiscriminati.
Una sorpresa è stata che l'età e il sesso, due fattori principali nel rischio di mortalità per COVID-19, non ha fatto alcuna differenza apparente a livello istologico, una volta che il COVID-19 è passato allo stadio grave.
I risultati hanno anche mostrato che i globuli bianchi chiamati macrofagi sono molto più abbondanti nei polmoni dei pazienti affetti da COVID-19 gravi rispetto ad altre malattie polmonari, considerando che i globuli bianchi chiamati neutrofili sono più diffusi nella polmonite batterica, una distinzione che potrebbe essere rilevante per lo sviluppo di futuri trattamenti per queste malattie infettive.
Globale, lo studio fornisce un quadro dettagliato del processo patologico in COVID-19 e di come si differenzia da altre malattie polmonari infettive. Ha sollevato nuove domande di ricerca che sono ora oggetto di indagine, gli inquirenti hanno detto e include una ricchezza di osservazioni che non sarebbero state possibili con le tecniche patologiche standard.
"L'applicazione della tecnologia come quella che abbiamo dimostrato qui fornirà un enorme impulso all'utilità degli studi sulla malattia basati sull'autopsia, " ha detto il co-autore senior Dr. Alain Borczuk, professore di patologia e medicina di laboratorio presso Weill Cornell Medicine e patologo presso il NewYork-Presbyterian/Weill Cornell Medical Center.
I ricercatori hanno sottolineato che la tecnica non solo sarà applicabile a un'ampia gamma di altre malattie per le quali è possibile ottenere tessuto, ma dovrebbe anche fornire a medici e scienziati per la prima volta un metodo pratico per delineare importanti differenze all'interno delle categorie di malattie.
Tradizionalmente per polmone, fegato, e altre malattie d'organo abbiamo queste ampie diagnosi che di fatto coprono molteplici malattie distinte:ora abbiamo uno strumento che ci consentirà di distinguere regolarmente tra queste diverse malattie, e, si spera, utilizzare queste distinzioni per trattare i pazienti in modo più efficace. Penso che questo abbia il potenziale per rivoluzionare la medicina".
Dottor Robert Schwartz, Co-autore senior, Professore Associato di Medicina, Divisione di Gastroenterologia ed Epatologia presso Weill Cornell Medicine, e patologo presso il New York-Presbyterian/Weill Cornell Medical Center
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