Атлас клеток патологии COVID-19: крупное исследование показало, что происходит в органах
Ученые из нескольких больниц и исследовательских центров показали, что происходит в отдельных клетках пациентов, умерших от COVID-19. В исследовании, опубликованном в Nature, описаны молекулярные и геномные изменения в инфицированных клетках из множества органов. Также были обнаружены признаки множественных безуспешных попыток легких восстановиться в ответ на дыхательную недостаточность — основную причину смерти при COVID-19.
«Вы действительно чувствуете трагедию болезни, когда видите этот результат», — сказала Авив Регев, соавтор исследования. «Легкое пытается использовать все доступные средства, но все равно не может восстановиться».
Исследователи изучили ткани, полученные при вскрытии 17 человек, умерших от COVID-19. Они использовали данные секвенирования РНК отдельных клеток из образцов 11 систем органов (включая легкие, сердце, печень и почки), чтобы создать комплексный «атлас клеток» из сотен тысяч отдельных клеток. Этот ресурс показывает, как COVID-19 может приводить к органной недостаточности и смерти.
«Мы создали фундаментальный ресурс для других исследователей», — сказала Орит Розенблатт-Розен, соавтор исследования. Атлас клеток находится в свободном доступе для ученых. Также был создан биобанк из 420 образцов аутопсии для будущих исследований COVID-19.
Новые методы для нового вируса
Для работы с потенциально заразными образцами аутопсии исследователи разработали новые протоколы сбора и обработки тканей, совместимые с требованиями лаборатории уровня биобезопасности 3 (Biosafety Level 3). Они профилировали РНК из отдельных клеток и разработали новые методы для анализа больших объемов данных секвенирования, сравнивая сигнатуры экспрессии генов в различных клетках.
Разрушение в легких
Наиболее обширные изменения генетических программ были обнаружены в легких. Основная причина повреждения — разрушение AT1-клеток, обеспечивающих газообмен.
Ученые обнаружили, что по мере гибели AT1-клеток родственные им AT2-клетки пытались превратиться в AT1-клетки через процесс трансдифференцировки. Однако эта попытка останавливалась на полпути, оставляя клетки в промежуточном состоянии, характерном для других заболеваний легких, например, фиброза.
В последней отчаянной попытке самовосстановления легкие пытались превратить клетки из верхних дыхательных путей (внутрилегочные базальноподобные клетки-предшественники) в AT1-клетки. Ранее такая попытка трансдифференцировки наблюдалась только на моделях мышей.
Результаты показывают, что дыхательная недостаточность у пациентов была вызвана неспособностью клеток легких восстановиться быстрее, чем вирус наносил повреждения.
Измененные программы
Исследование также описывает влияние вируса на другие ткани вне легких. Неожиданным открытием стало то, что, хотя сердце получило значительные повреждения и показало признаки измененных генетических программ во многих типах клеток, в самой сердечной ткани было очень мало вирусной РНК.
Ученые также изучили 27 различных генов, которые предыдущие полногеномные исследования ассоциировали с тяжелым течением COVID-19. Они выделили несколько генов с высокой экспрессией в ключевых типах клеток в новом исследовании, особенно в инфицированных легких. Это помогает сузить список потенциальных генетических факторов тяжелого заболевания.
Команда планирует завершить анализ других тканей аутопсии (мозг, селезенка, трахея), чтобы составить более полную картину патологии COVID-19.