Pokročilá technológia poskytuje detailný obraz pľúcnej patológie pri COVID-19

Tím vedený vyšetrovateľmi z Weill Cornell Medicine a NewYork-Presbyterian použil na mapovanie pokročilú technológiu a analytiku, s rozlíšením jednej bunky, bunková krajina chorého pľúcneho tkaniva pri závažnom ochorení COVID-19 a iných infekčných ochoreniach pľúc.

V štúdii, zverejnené online 29. marca v Príroda , vedci zobrazili pitvané pľúcne tkanivo spôsobom, ktorý súčasne zvýraznil desiatky molekulárnych markerov na bunkách. Analýza týchto údajov pomocou nových analytických nástrojov odhalila nové poznatky o príčinách poškodenia týchto pľúcnych chorôb a bohatý zdroj údajov pre ďalší výskum.

„COVID-19 je komplexná choroba, a stále nerozumieme, čo to robí s mnohými orgánmi, ale pomocou tejto štúdie sme dokázali vyvinúť oveľa jasnejšie pochopenie jeho účinkov na pľúca, "povedal spoluautor Dr. Olivier Elemento, profesor fyziológie a biofyziky, riaditeľ Inštitútu precíznej medicíny Caryla a Izraela, zástupca riaditeľa HRH princa Alwaleeda Bina Talal Bin Abdulaziz Alsaud Institute for Computational Biomedicine at Weill Cornell Medicine a spolu-riaditeľ WorldQuant Initiative for Quantitative Prediction, ktorá financovala technológiu pre jednobunkovú analýzu tkaniva. "Myslím si, že technologický prístup, ktorý sme tu použili, sa stane štandardom pre štúdium takýchto chorôb."

Tradičná analýza tkaniva, často používajú chemické škvrny alebo označené protilátky, ktoré na bunkách označujú rôzne molekuly a môžu odhaliť dôležité vlastnosti pitvaných tkanív. Avšak, tento prístup je obmedzený počtom funkcií, ktoré je možné súčasne označiť. Obvykle tiež neumožňuje podrobné analýzy jednotlivých buniek v tkanivách pri zachovaní informácií o tom, kde sa bunky v tkanive nachádzali.

Hlavnú technológiu, ktorú vyšetrovatelia pri štúdii použili, technológia nazývaná zobrazovacia hmotnostná cytometria, tieto obmedzenia do značnej miery prekonáva. Využíva zbierku kovovo značených protilátok, ktoré môžu súčasne značiť až niekoľko desiatok molekulárnych markerov na bunkách v tkanivách. Špeciálny laser skenuje označené časti tkaniva, odparovanie kovových štítkov, a odlišné podpisy kovov sú detegované a korelované s polohou lasera. Táto technika v podstate presne mapuje, kde sú bunky vo vzorke, ako aj povrchové receptory jednotlivých buniek a ďalšie dôležité identifikačné markery. Spolu viac ako 650, Analyzovalo sa 000 buniek.

Vedci túto metódu použili na 19 vzoriek pľúcneho tkaniva pitvaných od pacientov, ktorí zomreli na závažný COVID-19, akútna bakteriálna pneumónia, alebo syndróm akútnej respiračnej tiesne súvisiace s baktériami alebo chrípkou, plus štyri vzorky pľúcneho tkaniva pitvané od ľudí, ktorí nemali žiadne ochorenie pľúc.

Zistenia vo vzorkách z prípadov COVID-19 boli v zásade v súlade s tým, čo je o tejto chorobe známe, ale objasnil tieto znalosti oveľa podrobnejšie. Ukázali napríklad, že bunky nazývané alveolárne epiteliálne bunky, ktoré sprostredkúvajú funkciu výmeny plynov v pľúcach, sú hlavnými cieľmi infekcie SARS-CoV-2, koronavírus, ktorý spôsobuje COVID-19.

Analýza naznačila, že tieto infikované bunky nie sú vybrané iba na útok imunitných buniek infiltrujúcich pľúca, čo môže pomôcť vysvetliť, prečo sa zápal pri závažnom ochorení COVID-19 často zhoršuje a nakoniec spôsobuje také rozsiahle a relatívne nerozlišujúce škody.

Jedno prekvapenie bolo, že vek a sex, dva hlavné faktory rizika úmrtnosti na COVID-19, neurobil žiadny zjavný rozdiel na histologickej úrovni, akonáhle COVID-19 postúpil do závažného štádia.

Výsledky tiež ukázali, že biele krvinky nazývané makrofágy sú v pľúcach závažnejších pacientov s COVID-19 oveľa hojnejšie v porovnaní s inými pľúcnymi ochoreniami, keďže biele krvinky nazývané neutrofily sú najrozšírenejšie pri bakteriálnej pneumónii-rozdiel, ktorý môže byť relevantný pre vývoj budúcej liečby týchto infekčných chorôb.

Celkovo štúdia poskytuje detailný obraz o chorobnom procese pri COVID-19 a o tom, ako sa líši od iných infekčných pľúcnych chorôb. Vyvolalo to nové výskumné otázky, ktoré sa teraz skúmajú, vyšetrovatelia povedali, a zahŕňa množstvo pozorovaní, ktoré by neboli možné so štandardnými technikami patológie.

„Aplikácia technológie, ako je to, čo sme tu predviedli, poskytne obrovskú podporu užitočnosti štúdií chorôb založených na pitve, “povedal spoluautor Dr. Alain Borczuk, profesor patológie a laboratórnej medicíny vo Weill Cornell Medicine a patológ v NewYork-Presbyterian/Weill Cornell Medical Center.

Vedci zdôraznili, že táto metóda bude nielen použiteľná pre široký súbor ďalších chorôb, pre ktoré je možné získať tkanivo, Lekári a vedci by však mali po prvýkrát poskytnúť praktickú metódu na vymedzenie dôležitých rozdielov v rámci kategórií chorôb.

Tradične pre pľúca, pečeň, a ďalších orgánových chorôb, máme tieto široké diagnózy, ktoré v skutočnosti pokrývajú viacero rôznych chorôb-teraz máme nástroj, ktorý nám rutinne umožní rozlíšiť tieto rôzne choroby, a dúfajme, že tieto rozdiely využije pri liečbe pacientov efektívnejšie. Myslím si, že toto má potenciál spôsobiť revolúciu v medicíne. “

Dr. Robert Schwartz, Spoluautor, Docent medicíny, Oddelenie gastroenterológie a hepatológie vo Weill Cornell Medicine, a patológom v New York-Presbyterian/Weill Cornell Medical Center

• Výskumné konzorcium identifikuje mechanizmy bunkového stresu pre chronické zápalové ochorenie pečene
• Nový prístup môže pomôcť identifikovať pacientov s rizikom rakoviny pažeráka