A tecnologia avançada fornece um quadro refinado da patologia pulmonar em COVID-19

Uma equipe liderada por pesquisadores da Weill Cornell Medicine e NewYork-Presbyterian usou tecnologia avançada e análises para mapear, na resolução de uma única célula, a paisagem celular do tecido pulmonar doente em COVID-19 grave e outras doenças pulmonares infecciosas.

No estudo, publicado online em 29 de março em Natureza , os pesquisadores fotografaram o tecido pulmonar autopsiado de uma forma que destacou simultaneamente dezenas de marcadores moleculares nas células. A análise desses dados usando novas ferramentas analíticas revelou novos insights sobre as causas dos danos nessas doenças pulmonares e um rico recurso de dados para pesquisas futuras.

"COVID-19 é uma doença complexa, e ainda não entendemos exatamente o que isso faz com muitos órgãos, mas com este estudo fomos capazes de desenvolver uma compreensão muito mais clara de seus efeitos nos pulmões, "disse o co-autor sênior Dr. Olivier Elemento, professor de fisiologia e biofísica, diretor do Caryl and Israel Englander Institute for Precision Medicine, diretor associado do Instituto de Biomedicina Computacional em Weill Cornell Medicine e codiretor da Iniciativa WorldQuant para Predição Quantitativa, Príncipe Alwaleed Bin Talal Bin Abdulaziz Alsaud, que financiou a tecnologia para a análise de uma única célula de tecido. "Acho que a abordagem tecnológica que usamos aqui se tornará o padrão para estudar essas doenças."

Análise de tecido tradicional, frequentemente usando manchas químicas ou anticorpos marcados que marcam moléculas diferentes nas células e podem revelar características importantes de tecidos autopsiados. Contudo, essa abordagem é limitada no número de recursos que pode marcar simultaneamente. Também geralmente não permite análises detalhadas de células individuais nos tecidos, ao mesmo tempo que retém informações sobre onde as células estavam no tecido.

A principal tecnologia que os investigadores empregaram no estudo, uma tecnologia chamada citometria de massa de imagem, em grande parte supera essas limitações. Ele usa uma coleção de anticorpos marcados com metal que podem marcar simultaneamente até várias dezenas de marcadores moleculares em células dentro dos tecidos. Um laser especial faz a varredura das seções de tecido rotuladas, vaporizando as etiquetas de metal, e as assinaturas distintas dos metais são detectadas e correlacionadas com a posição do laser. A técnica mapeia essencialmente onde as células estão na amostra, bem como os receptores de superfície de cada célula e outros marcadores de identificação importantes. Ao todo, mais de 650, 000 células foram analisadas.

Os pesquisadores aplicaram o método a 19 amostras de tecido pulmonar autópsias de pacientes que morreram de COVID-19 grave, pneumonia bacteriana aguda, ou síndrome de dificuldade respiratória aguda relacionada à influenza ou bacteriana, mais quatro amostras de tecido pulmonar autópsias de pessoas que não tinham doença pulmonar.

Os achados em amostras de casos de COVID-19 foram amplamente consistentes com o que se sabe sobre a doença, mas esclareceu esse conhecimento com muito mais detalhes. Eles mostraram, por exemplo, que células chamadas células epiteliais alveolares, que medeiam a função de troca gasosa dos pulmões, são os principais alvos da infecção por SARS-CoV-2, o coronavírus que causa COVID-19.

A análise sugeriu que essas células infectadas não são apenas escolhidas para serem atacadas por células imunes infiltradas no pulmão, o que pode ajudar a explicar por que a inflamação freqüentemente continua piorando na COVID-19 grave e acaba causando danos tão extensos e relativamente indiscriminados.

Uma surpresa foi a idade e sexo, dois principais fatores de risco de mortalidade para COVID-19, não fez diferença aparente no nível histológico, uma vez que COVID-19 progrediu para o estágio severo.

Os resultados também mostraram que os glóbulos brancos chamados macrófagos são muito mais abundantes nos pulmões de pacientes graves com COVID-19 em comparação com outras doenças pulmonares. enquanto os glóbulos brancos chamados neutrófilos são mais prevalentes na pneumonia bacteriana - uma distinção que pode ser relevante para o desenvolvimento de tratamentos futuros para essas doenças infecciosas.

Geral, o estudo fornece uma imagem detalhada do processo da doença no COVID-19 e como ele difere de outras doenças pulmonares infecciosas. Isso gerou novas questões de pesquisa que agora estão sendo investigadas, os investigadores disseram, e inclui uma riqueza de observações que não seriam possíveis com as técnicas padrão de patologia.

"A aplicação de tecnologia como a que demonstramos aqui vai fornecer um grande impulso à utilidade dos estudos de doenças baseados em autópsia, "disse o co-autor sênior, Dr. Alain Borczuk, professor de patologia e medicina laboratorial na Weill Cornell Medicine e patologista do NewYork-Presbyterian / Weill Cornell Medical Center.

Os pesquisadores enfatizaram que a técnica não só será aplicável a um amplo conjunto de outras doenças para as quais o tecido pode ser obtido, mas também deve dar aos médicos e cientistas, pela primeira vez, um método prático para delinear diferenças importantes dentro das categorias de doenças.

Tradicionalmente para pulmão, fígado, e outras doenças de órgãos, temos esses diagnósticos amplos que, na verdade, cobrem várias doenças distintas - agora temos uma ferramenta que nos permitirá distinguir rotineiramente entre essas diferentes doenças, e esperamos fazer uso dessas distinções no tratamento de pacientes de forma mais eficaz. Acho que isso tem o potencial de revolucionar a medicina. "

Dr. Robert Schwartz, Co-Autor Sênior, Professor Associado de Medicina, Divisão de Gastroenterologia e Hepatologia da Weill Cornell Medicine, e patologista do New York-Presbyterian / Weill Cornell Medical Center

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