В исследовании, опубликованном 29 марта в журнале Nature, исследователи визуализировали аутопсию легочной ткани таким образом, чтобы одновременно выявить десятки молекулярных маркеров на клетках. Анализ этих данных с использованием новых аналитических инструментов позволил по-новому взглянуть на причины повреждения этих заболеваний легких и получить богатый ресурс данных для дальнейших исследований.
«COVID-19 – сложное заболевание, и мы до сих пор не понимаем, что именно он делает со многими органами, но с помощью этого исследования мы смогли разработать гораздо более четкое представление о его воздействии на легкие», – сказал соавтор. старший автор д-р. Оливье Элементо, профессор физиологии и биофизики, директор Института точной медицины Кэрил и Исраэль в Англии, заместитель директора Его Королевского Высочества принца Альвалида бин Талала бин Абдулазиза Альзауда Института вычислительной биомедицины в Weill Cornell Medicine и содиректор WorldQuant Initiative for Количественное прогнозирование, финансировавшее технологию анализа отдельных клеток ткани. «Я думаю, что технологический подход, который мы здесь использовали, станет стандартом для изучения таких заболеваний."
Традиционный анализ тканей, часто с использованием химических красителей или меченых антител, которые маркируют различные молекулы на клетках и могут выявить важные особенности вскрытых тканей. Однако этот подход ограничен количеством функций, которые он может отмечать одновременно.
Он также обычно не позволяет проводить подробный анализ отдельных клеток в тканях, сохраняя при этом информацию о том, где клетки были в ткани.
Основная технология, которую исследователи использовали в исследовании, технология, называемая массовой цитометрией с визуализацией, в значительной степени преодолевает эти ограничения. Он использует набор антител с металлическими метками, которые могут одновременно маркировать до нескольких десятков молекулярных маркеров на клетках в тканях.
Специальный лазер сканирует помеченные срезы ткани, испаряя металлические метки, а отдельные сигнатуры металлов обнаруживаются и соотносятся с положением лазера. Этот метод по существу отображает точное расположение клеток в образце, а также рецепторы на поверхности каждой клетки и другие важные идентифицирующие маркеры. Всего было проанализировано более 650 000 ячеек.
Исследователи применили этот метод к 19 образцам легочной ткани, взятым у пациентов, умерших от тяжелой формы COVID-19, острой бактериальной пневмонии, бактериального или связанного с гриппом острого респираторного дистресс-синдрома, а также к 4 образцам легочной ткани, взятым у людей, у которых не было легких. болезнь.
Результаты, полученные в образцах из случаев COVID-19, в целом соответствовали тому, что известно об этом заболевании, но прояснили эти знания более детально. Они показали, например, что клетки, называемые альвеолярными эпителиальными клетками, которые опосредуют газообменную функцию легких, являются основными мишенями заражения SARS-CoV-2, коронавирусом, вызывающим COVID-19.
Анализ показал, что эти инфицированные клетки не только подвергаются атаке со стороны проникающих в легкие иммунных клеток, что может помочь объяснить, почему воспаление часто продолжает ухудшаться при тяжелой форме COVID-19 и в конечном итоге вызывает такие обширные и относительно неизбирательные повреждения.
Одним из сюрпризов было то, что возраст и пол, два основных фактора риска смерти от COVID-19, не имели видимых различий на гистологическом уровне, когда COVID-19 перешел в тяжелую стадию.
Результаты также показали, что лейкоцитов, называемых макрофагами, гораздо больше в легких пациентов с тяжелой формой COVID-19 по сравнению с другими легочными заболеваниями, тогда как лейкоциты, называемые нейтрофилами, наиболее распространены при бактериальной пневмонии – различие, которое может иметь отношение к разработка будущих методов лечения этих инфекционных заболеваний.
изображение, показывающее спайковый белок, ДНК и иммунные клетки в ткани легких пациентов с COVID-19 Иммунные клетки (синий) окружают инфицированные клетки легких (зеленый).
В целом, исследование дает детальную картину процесса заболевания COVID-19 и его отличий от других инфекционных заболеваний легких. По словам исследователей, это вызвало новые исследовательские вопросы, которые сейчас исследуются, и включает в себя множество наблюдений, которые были бы невозможны с помощью стандартных методов патологии.
«Применение технологий, подобных тому, что мы здесь продемонстрировали, значительно повысит полезность исследований болезней на основе аутопсии», – сказал соавтор исследования д-р. Ален Борчук, профессор патологии и лабораторной медицины в Weill Cornell Medicine и патолог в NewYork-Presbyterian / Weill Cornell Medical Center.
Исследователи подчеркнули, что этот метод будет не только применим к широкому кругу других заболеваний, для которых можно получить ткани, но также должен дать врачам и ученым впервые практический метод для определения важных различий в категориях болезней.
«Традиционно для болезней легких, печени и других органов у нас есть эти широкие диагнозы, которые фактически охватывают несколько различных заболеваний – теперь у нас есть инструмент, который позволит нам регулярно различать эти различные заболевания и, надеюсь, использовать эти различия. в более эффективном лечении пациентов ", – сказал соавтор доктор. Роберт Шварц, адъюнкт-профессор медицины в отделении гастроэнтерологии и гепатологии в Weill Cornell Medicine и патолог в New York-Presbyterian / Weill Cornell Medical Center. "Я думаю, это может произвести революцию в медицине."