由威尔·康奈尔医学院(Weill Cornell Medicine)和纽约长老会医院(NewYork-Presbyterian)的研究人员领导的一个团队使用先进技术和分析技术，以单细胞分辨率绘制了COVID-19重症和其他传染性肺部疾病患者病变肺组织的细胞景观。

在3月29日在线发表在《Nature》杂志上的这项研究中，研究人员对解剖后的肺组织进行了成像，同时突出了细胞上的几十个分子标记。使用新颖的分析工具分析这些数据，揭示了对这些肺部疾病损害原因的新见解，并为进一步研究提供了丰富的数据资源。

共同通讯作者生理学和生物物理学教授Olivier Elemento博士说：“COVID-19是一种复杂的疾病，我们仍然不清楚它对许多器官的作用，但是通过这项研究，我们能够更清楚地了解它对肺部的影响。我认为我们在这里使用的技术方法将成为研究此类疾病的标准。”

传统的组织分析，通常使用化学染色或标记抗体，标记细胞上的不同分子，可以揭示解剖组织的重要特征。然而，这种方法在可以同时标记的特征数量上是有限的。它通常也不允许详细分析组织中的单个细胞，同时保留细胞在组织中的位置信息。

研究人员在研究中使用的主要技术，一种被称为成像质谱流式（imaging mass cytometry，IMC）的技术，在很大程度上克服了这些限制。它使用一组金属标记抗体，可以同时标记组织内细胞上的几十个分子标记。一种特殊的激光扫描有标记的组织切片，汽化金属标签，金属的独特特征能被检测到，并与激光的位置相关联。这项技术基本上可以精确地绘制出样本中细胞的位置，以及每个细胞的表面受体和其他重要的识别标记物。总共分析了超过65万个细胞。

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研究人员将该方法应用于19例死于严重COVID-19、急性细菌性肺炎或细菌或流感相关急性呼吸窘迫综合征患者的肺组织样本，以及4例无肺部疾病患者的肺组织样本。

COVID-19病例样本中的发现与已知的疾病基本一致，但在更详细的细节上澄清了这一认识。例如，他们发现一种叫做肺泡上皮细胞的细胞，它介导肺部的气体交换功能，是SARS-CoV-2感染的主要目标，这种冠状病毒导致COVID-19。分析表明，这些感染细胞并不是肺浸润免疫细胞唯一的攻击对象，这可能有助于解释为什么在严重的COVID-19中，炎症往往不断恶化，最终造成如此广泛和相对不加选择地损害。

令人惊讶的是，一旦COVID-19进展到严重阶段，年龄和性别这两个主要的COVID-19死亡风险因素在组织学水平上没有明显差异。

结果还表明，与其他肺部疾病相比，严重COVID-19患者肺部巨噬细胞更为丰富，而中性粒细胞在细菌性肺炎中最为普遍，这一区别可能与这些传染病未来治疗方法的发展有关。

总的来说，该研究提供了COVID-19疾病过程的细粒度图像，以及它与其他传染性肺部疾病的区别。研究人员说，这引发了新的研究问题，目前正在进行调查，其中包括大量用标准病理学技术无法做到的观察。

医学病理学和检验医学教授Alain Borczuk博士说：“像我们在这里展示的那样，技术的应用将大大提高基于尸检的疾病研究的效用。”

研究人员强调，这项技术不仅将适用于大量其他可以获得组织的疾病，而且也将首次为医生和科学家提供一种描述疾病类别之间重要差异的实用方法。

“传统上对肺、肝等器官疾病我们这些广泛的诊断,实际上涉及多个不同的疾病,现在我们有一个工具,将使我们经常来区分这些不同的疾病,希望利用这些区别更有效地治疗病人,”共同通讯作者威尔康奈尔医学院消化内科和肝病学部副教授、纽约长老会/威尔康奈尔医学中心病理学家Robert Schwartz博士说。“我认为这有可能给医学带来一场革命。”

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研究人员已经在https://doi.org/10.5281/zenodo.4110560上公布了他们的数据，并鼓励其他科学家利用这些数据。