Autor: Dr. Francis Collins. Director of National Institutes of Health (USA).
Artykuł z dnia 11 maja 2021r.
Ponad 3 miliony ludzi na całym świecie, obecnie w tym tysiące w Indiach, straciło życie z powodu ciężkiego zachorowania na COVID-19. Chociaż w ciągu nieco ponad roku poczyniono niesamowity postęp w opracowywaniu skutecznych szczepionek, testów diagnostycznych i terapii, wciąż wiele nie wiemy o tym, co dokładnie dzieje się w płucach i innych częściach ciała i co ostateczni prowadzi do śmiertelnych skutków.
Dwa ostatnie badania w czasopiśmie Nature dostarczają jednych z najbardziej szczegółowych analiz dotyczących wpływu na organizm ludzki SARS-CoV-2 – koronawirusa wywołującego COVID-19 [1,2]. Badania pokazują, że u osób z zaawansowanymi infekcjami SARS-CoV-2 często wyzwalana jest niszczycielska seria zdarzeń w płucach przed śmiercią. Zdarzenia te obejmują niekontrolowany stan zapalny i szalejące niszczenie tkanek, których płuca nie są w stanie odbudować.
Oba badania były wspierane przez NIH. Jeden pochodzi z zespołu kierowanego przez Benjamina Izara z Columbia University w Nowym Jorku. Drugi dotyczy grupy kierowanej przez Aviv Regev, obecnie w Genentech, a wcześniej w Broad Institute of MIT and Harvard w Cambridge, MA.
Każdy zespół przeanalizował próbki niezbędnych tkanek pobrane od pacjentów z COVID-19 wkrótce po ich śmierci. Zespół Izara przygotował program szybkiej sekcji zwłok, aby zebrać i zamrozić próbki w ciągu kilku godzin od śmierci. On i jego zespół przeprowadzili sekwencjonowanie jednokomórkowego RNA na około 116 000 komórek tkanki płucnej 19 mężczyzn i kobiet. Podobnie zespół Regeva opracował biobank autopsyjny, który obejmował łącznie 420 próbek z 11 układów narządów, które posłużyły do wygenerowania wielu atlasów jednokomórkowych tkanek z płuc, nerek, wątroby i serca.
Zespół Izara odkrył, że płuca osób zmarłych na COVID-19 były wypełnione komórkami odpornościowymi zwanymi makrofagami . Podczas gdy makrofagi normalnie pomagają zwalczać zakaźnego wirusa, wydawało się, że w tym przypadku wytwarzają błędne koło ciężkiego zapalenia, które dodatkowo uszkadza tkankę płucną. Naukowcy odkryli również, że makrofagi wytwarzają wysokie poziomy IL-1β, rodzaju małego białka zapalnego zwanego cytokiną . Sugeruje to, że leki zmniejszające działanie IL-1β mogą być obiecujące w zwalczaniu zapalenia płuc u najbardziej chorych pacjentów.
Gdy osoba leczy i wyzdrowieje po typowej infekcji dróg oddechowych, takiej jak grypa, płuca naprawiają uszkodzone tkanki. Ale w przypadku ciężkiego COVID-19 oba badania sugerują, że nie zawsze jest to możliwe. SARS-CoV-2 nie tylko niszczy komórki w workach powietrznych, zwane pęcherzykami płucnymi, które są niezbędne do wymiany tlenu i dwutlenku węgla, ale niekontrolowany stan zapalny najwyraźniej również utrudnia pozostałym komórkom naprawę uszkodzonych tkanek. W rzeczywistości komórki regeneracyjne płuc są zawieszone w swego rodzaju reparatywnej otchłani, niezdolnej do wykonania ostatnich kroków niezbędnych do zastąpienia zdrowej tkanki pęcherzykowej.
W obu badaniach tkanka płuc zawierała również niezwykle dużą liczbę komórek fibroblastów . Zespół Izara poszedł o krok dalej, aby wykazać zwiększoną liczbę określonego typu patologicznych fibroblastów, które prawdopodobnie powodują szybkie blizny w płucach (zwłóknienie płuc) obserwowane w ciężkim COVID-19. Odkrycia wskazują na specyficzne białka fibroblastów, które mogą służyć jako cele leków blokujących szkodliwe skutki.
Zespół Regeva opisuje również, jak wirus wpływa na inne części ciała. Jednym z zaskakujących odkryć było niewiele dowodów na bezpośrednie zakażenie SARS-CoV-2 w tkance wątroby, nerek lub serca zmarłego. Jednak bliższe przyjrzenie się tkance serca ujawniło rozległe uszkodzenia, dokumentując, że wiele różnych typów komórek wieńcowych zmieniło swoje programy genetyczne. Nadal trzeba ustalić, czy dzieje się tak dlatego, że wirus został już usunięty z serca przed śmiercią. Alternatywnie uszkodzenie serca może nie być spowodowane bezpośrednio przez SARS-CoV-2 i może wynikać z wtórnych zaburzeń immunologicznych i / lub metabolicznych.
Te dwa badania razem dają wyraźniejszy obraz patologii w najcięższych i śmiertelnych przypadkach COVID-19. Dane z tych atlasów komórek zostały bezpłatnie udostępnione innym badaczom na całym świecie w celu ich eksploracji i analizy. Mamy nadzieję, że te ogromne zbiory danych, wraz z przyszłymi analizami i badaniami osób, które tragicznie straciły życie w wyniku tej pandemii, poprawią nasze zrozumienie długoterminowych powikłań u pacjentów, którzy przeżyli. Będą również służyć jako ważny fundamentalny zasób do opracowywania obiecujących terapii, których celem jest zapobieganie przyszłym powikłaniom i zgonom z powodu COVID-19.
References:
[1] A molecular single-cell lung atlas of lethal COVID-19. Melms JC, Biermann J, Huang H, Wang Y, Nair A, Tagore S, Katsyv I, Rendeiro AF, Amin AD, Schapiro D, Frangieh CJ, Luoma AM, Filliol A, Fang Y, Ravichandran H, Clausi MG, Alba GA, Rogava M, Chen SW, Ho P, Montoro DT, Kornberg AE, Han AS, Bakhoum MF, Anandasabapathy N, Suárez-Fariñas M, Bakhoum SF, Bram Y, Borczuk A, Guo XV, Lefkowitch JH, Marboe C, Lagana SM, Del Portillo A, Zorn E, Markowitz GS, Schwabe RF, Schwartz RE, Elemento O, Saqi A, Hibshoosh H, Que J, Izar B. Nature. 2021 Apr 29.
[2] COVID-19 tissue atlases reveal SARS-CoV-2 pathology and cellular targets. Delorey TM, Ziegler CGK, Heimberg G, Normand R, Shalek AK, Villani AC, Rozenblatt-Rosen O, Regev A. et al. Nature. 2021 Apr 29.