Nueva técnica proporciona un mapa detallado de la patología pulmonar en COVID-19

Un equipo dirigido por investigadores de Weill Cornell Medicine y NewYork-Presbyterian ha utilizado tecnología y análisis avanzados para mapear, con resolución de una sola célula, el paisaje celular del tejido pulmonar enfermo en el COVID-19 grave y otras enfermedades pulmonares infecciosas.

En el estudio, publicado en línea el 29 de marzo en Naturaleza, los investigadores tomaron imágenes de tejido pulmonar autopsiado de una manera que resaltó simultáneamente docenas de marcadores moleculares en las células. El análisis de estos datos utilizando herramientas analíticas novedosas reveló nuevos conocimientos sobre las causas del daño en estas enfermedades pulmonares y un rico recurso de datos para futuras investigaciones.

“COVID-19 es una enfermedad compleja y todavía no entendemos exactamente qué le hace a muchos órganos, pero con este estudio pudimos desarrollar una comprensión mucho más clara de sus efectos en los pulmones”, dijo el co- El autor principal Dr. Olivier Elemento, profesor de fisiología y biofísica, director del Instituto Caryl e Israel Englander de Medicina de Precisión, director asociado del Instituto de HRH Prince Alwaleed Bin Talal Bin Abdulaziz Alsaud para Biomedicina Computacional en Weill Cornell Medicine y codirector de la Iniciativa WorldQuant para la Predicción Cuantitativa, que financió la tecnología para el análisis de tejido de células individuales. “Creo que el enfoque tecnológico que usamos aquí se convertirá en un estándar para estudiar este tipo de enfermedades”.

Análisis de tejidos tradicional, que a menudo utiliza tinciones químicas o anticuerpos marcados que marcan diferentes moléculas en las células y pueden revelar características importantes de los tejidos sometidos a autopsia. Sin embargo, este enfoque está limitado en la cantidad de características que puede marcar simultáneamente. Por lo general, tampoco permite análisis detallados de células individuales en tejidos mientras retiene información sobre dónde estaban las células en el tejido.

La tecnología principal que emplearon los investigadores en el estudio, una tecnología llamada citometría de masas por imágenes, supera en gran medida esas limitaciones. Utiliza una colección de anticuerpos marcados con metal que pueden marcar simultáneamente hasta varias docenas de marcadores moleculares en las células dentro de los tejidos. Un láser especial escanea las secciones de tejido etiquetadas, vaporizando las etiquetas metálicas, y las firmas distintas de los metales se detectan y se correlacionan con la posición del láser. Básicamente, la técnica mapea con precisión dónde están las células en la muestra, así como los receptores de superficie de cada célula y otros marcadores de identificación importantes. En total, se analizaron más de 650.000 células.

Los investigadores aplicaron el método a 19 muestras de tejido pulmonar de pacientes que habían muerto de COVID-19 grave, neumonía bacteriana aguda o síndrome de dificultad respiratoria aguda relacionado con la influenza o bacteriana, además de cuatro muestras de tejido pulmonar de personas que no habían tenido pulmones. enfermedad.

Los hallazgos en muestras de casos de COVID-19 fueron ampliamente consistentes con lo que se sabe sobre la enfermedad, pero aclararon este conocimiento con mucho más detalle. Demostraron, por ejemplo, que las células llamadas células epiteliales alveolares, que median la función de intercambio de gases de los pulmones, son los principales objetivos de la infección por el SARS-CoV-2, el coronavirus que causa el COVID-19. El análisis sugirió que estas células infectadas no son únicamente seleccionadas para ser atacadas por células inmunes que se infiltran en los pulmones, lo que puede ayudar a explicar por qué la inflamación a menudo sigue empeorando en el COVID-19 severo y termina causando un daño tan extenso y relativamente indiscriminado.

Una sorpresa fue que la edad y el sexo, dos factores principales en el riesgo de mortalidad por COVID-19, no hicieron ninguna diferencia aparente a nivel histológico, una vez que COVID-19 había progresado a la etapa grave.

Los resultados también mostraron que los glóbulos blancos llamados macrófagos son mucho más abundantes en los pulmones de los pacientes con COVID-19 grave en comparación con otras enfermedades pulmonares, mientras que los glóbulos blancos llamados neutrófilos son más frecuentes en la neumonía bacteriana, una distinción que puede ser relevante para el desarrollo de tratamientos futuros para estas enfermedades infecciosas.

Imagen que muestra la proteína, el ADN y las células inmunes en el tejido pulmonar de pacientes con COVID-19. Las células inmunes (azul) rodean las células pulmonares infectadas (verde).

En general, el estudio proporciona una imagen detallada del proceso de la enfermedad en COVID-19 y cómo se diferencia de otras enfermedades pulmonares infecciosas. Ha provocado nuevas preguntas de investigación que ahora se están investigando, dijeron los investigadores, e incluye una gran cantidad de observaciones que no hubieran sido posibles con técnicas patológicas estándar.

“La aplicación de tecnología como la que hemos demostrado aquí proporcionará un gran impulso a la utilidad de los estudios de enfermedades basados ​​en autopsias”, dijo el coautor principal, el Dr. Alain Borczuk, profesor de patología y medicina de laboratorio en Weill Cornell. Médico y patólogo del NewYork-Presbyterian / Weill Cornell Medical Center.

Los investigadores enfatizaron que la técnica no solo será aplicable a un amplio conjunto de otras enfermedades para las que se puede obtener tejido, sino que también debe brindar a los médicos y científicos por primera vez un método práctico para delinear diferencias importantes dentro de las categorías de enfermedades.

“Tradicionalmente para las enfermedades pulmonares, hepáticas y de otros órganos, tenemos estos diagnósticos amplios que de hecho cubren múltiples enfermedades distintas; ahora tenemos una herramienta que nos permitirá distinguir rutinariamente entre estas diferentes enfermedades y, con suerte, hacer uso de esas distinciones. para tratar a los pacientes de manera más eficaz “, dijo el coautor principal, el Dr. Robert Schwartz, profesor asociado de medicina en la División de Gastroenterología y Hepatología de Weill Cornell Medicine y patólogo del New York-Presbyterian / Weill Cornell Medical Center. “Creo que esto tiene el potencial de revolucionar la medicina”.

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