(COVID 19-Immagine:le cellule immunitarie (blu) circondano le cellule polmonari infette (verdi). Credito: immagini per gentile concessione di André Rendeiro).
Un team guidato da ricercatori della Weill Cornell Medicine e del New York-Presbyterian ha utilizzato tecnologie avanzate e analisi per mappare, alla risoluzione di una singola cellula, il panorama cellulare del tessuto polmonare malato in COVID-19 grave e altre malattie polmonari infettive.
Nello studio, pubblicato online il 29 marzo 2021 su Nature, 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.
“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 dell’Israel Englander Institute for Precision Medicine, Direttore associato dell’HRH Prince 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 di singole cellule dei tessuti. “Penso che l’approccio tecnologico che abbiamo utilizzato diventerà lo standard per lo studio di tali malattie”.
L’analisi tradizionale dei tessuti, spesso eseguita utilizzando macchie chimiche o anticorpi contrassegnati che etichettano diverse molecole sulle cellule, può rivelare importanti caratteristiche dei tessuti sottoposti ad autopsia. Tuttavia, questo approccio è limitato nel numero di funzioni che può contrassegnare contemporaneamente. Inoltre, di solito non consente analisi dettagliate delle singole cellule nei tessuti, pur conservando le informazioni su dove si trovavano le cellule nel tessuto. La principale tecnologia impiegata dai ricercatori in questo studio, una tecnologia chiamata citometria di massa per immagini, supera ampiamente questi limiti. Utilizza una raccolta di anticorpi marcati con metallo che possono etichettare simultaneamente fino a diverse dozzine di marcatori molecolari sulle cellule all’interno dei tessuti. Uno speciale laser scansiona le sezioni di tessuto etichettate, vaporizzando le etichette metalliche e le firme distinte dei metalli vengono rilevate e correlate con la posizione del laser. La tecnica essenzialmente mappa esattamente dove si trovano le cellule nel campione, nonché i recettori di superficie di ciascuna cellula e altri importanti marcatori di identificazione. Complessivamente sono state analizzate oltre 650.000 cellule.
I ricercatori hanno applicato il metodo a 19 campioni di tessuto polmonare sottoposti ad autopsia da pazienti deceduti a causa di COVID-19 grave, polmonite batterica acuta o sindrome da distress respiratorio acuto correlato all’influenza, oltre a quattro campioni di tessuto polmonare sottoposti a autopsia da persone senza malattia del polmone.
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I risultati nei campioni dei casi COVID-19 erano sostanzialmente coerenti con ciò che è noto sulla malattia, ma hanno chiarito questa conoscenza in modo molto più dettagliato. Hanno dimostrato ad 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 COVID-19. L’analisi ha suggerito che queste cellule infette non sono solo individuate per l’attacco da parte di cellule immunitarie infiltranti nei polmoni, il che può aiutare a spiegare perché l’infiammazione spesso continua a peggiorare nella 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 hanno fatto alcuna differenza apparente a livello istologico, una volta che COVID 19 era passata allo stadio grave.
I risultati hanno anche mostrato che i globuli bianchi chiamati macrofagi sono molto più abbondanti nei polmoni dei pazienti COVID-19 gravi rispetto ad altre malattie polmonari, mentre i globuli bianchi chiamati neutrofili sono più prevalenti nella polmonite batterica, una distinzione che può essere rilevante per il sviluppo di trattamenti futuri per queste malattie infettive.
“Nel complesso, 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”, hanno detto i ricercatori, “e include una vasta gamma 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 l’autore co-senior Dr. Alain Borczuk, Professore di patologia e medicina di laboratorio a Weill Cornell Medicina e Patologo presso il NewYork-Presbyterian / Weill Cornell Medical Center.
I ricercatori hanno sottolineato che la tecnica non solo sarà applicabile a un’ampia serie 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 le malattie del polmone, del fegato e di altri organi abbiamo queste ampie diagnosi che di fatto coprono più malattie distinte: ora abbiamo uno strumento che ci consentirà di distinguere regolarmente tra queste diverse malattie e, si spera, di utilizzare queste distinzioni per trattare i pazienti in modo più efficace”, ha detto il co-autore senior dello studio Prof. Robert Schwartz, Professore associato di medicina nella Divisione di Gastroenterologia ed Epatologia presso Weill Cornell Medicine e patologo presso il New York-Presbyterian / Weill Cornell Medical Center. “Penso che questo abbia il potenziale per rivoluzionare la medicina”.
Fonte: Nature- Scitechdaily
