Lung autopsies of COVID-19 patients reveal treatment clues

SARS-CoV-2 prevents lung tissue repair, regeneration.

<picture title="Novel Coronavirus SARS-CoV-2"> </picture> Colorized scanning electron micrograph of a cell infected with a variant strain of SARS-CoV-2 virus particles (blue), isolated from a patient sample. NIAID

What

Lung autopsy and plasma samples from people who died of COVID-19 have provided a clearer picture of how the SARS-CoV-2 virus spreads and damages lung tissue. Scientists at the National Institutes of Health and their collaborators say the information, published in Science Translational Medicine, could help predict severe and prolonged COVID-19 cases, particularly among high-risk people, and inform effective treatments.

Although the study was small—lung samples from 18 cases and plasma samples from six of those cases—the scientists say their data revealed trends that could help develop new COVID-19 therapeutics and fine-tune when to use existing therapeutics at different stages of disease progression. The findings include details about how SARS-CoV-2, the virus that causes COVID-19, spreads in the lungs, manipulates the immune system, causes widespread thrombosis that does not resolve, and targets signaling pathways that promote lung failure, fibrosis and impair tissue repair. The researchers say the data are particularly relevant to caring for COVID-19 patients who are elderly, obese, or have diabetes—all considered high-risk populations for severe cases. Study samples were from patients who had at least one high-risk condition.

The study included patients who died between March and July 2020, with time of death ranging from three to 47 days after symptoms began. This varied timeframe allowed the scientists to compare short, intermediate, and long-term cases. Every case showed findings consistent with diffuse alveolar damage, which prevents proper oxygen flow to the blood and eventually makes lungs thickened and stiff.

They also found that SARS-CoV-2 directly infected basal epithelial cells within the lungs, impeding their essential function of repairing damaged airways and lungs and generating healthy tissue. The process is different from the way influenza viruses attack cells in the lungs. This provides scientists with additional information to use when evaluating or developing antiviral therapeutics.

Researchers at NIH’s National Institute of Allergy and Infectious Diseases led the project in collaboration with the National Institute of Biomedical Imaging and Bioengineering and the U.S. Food and Drug Administration. Other collaborators included the Institute for Systems Biology in Seattle; University of Illinois, Champaign; Saint John’s Cancer Institute in Santa Monica, California.; the USC Keck School of Medicine in Los Angeles; University of Washington Harborview Medical Center, Seattle; University of Vermont Medical Center, Burlington; and Memorial Sloan Kettering Cancer Center in New York City.

COVID-19 환자의 폐 부검 결과 치료 단서가 드러나다

사스-CoV-2는 폐 조직의 회복과 재생을 막는다.



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신종 코로나바이러스 SARS-CoV-2
환자 샘플에서 분리된 변종 SARS-CoV-2 바이러스 입자(파란색)에 감염된 세포의 컬러 스캔 전자 현미경. NIAID
뭐?

COVID-19로 사망한 사람들의 폐 부검과 혈장 샘플은 사스-CoV-2 바이러스가 어떻게 퍼지고 폐 조직에 손상을 입히는지에 대한 더 명확한 그림을 제공했다. 미국 국립 보건원의 과학자들과 그들의 협력자들은 Science Translational Medicine에 게재된 이 정보가 특히 고위험군들 사이에서 심각하고 장기적인 COVID-19 사례를 예측하고 효과적인 치료법을 알려주는 데 도움이 될 것이라고 말한다.

비록 이번 연구는 18건의 샘플과 그 중 6건의 혈장 샘플 등 소규모였지만, 과학자들은 그들의 데이터가 새로운 COVID-19 치료법을 개발하고 질병 진행의 여러 단계에서 기존 치료제를 언제 사용할지를 미세 조정하는 데 도움이 될 수 있는 추세를 드러냈다고 말한다. 이번 연구결과에는 COVID-19를 일으키는 바이러스인 SARS-CoV-2가 폐에 어떻게 퍼지고 면역체계를 조작하며 해결되지 않는 광범위한 혈전을 유발하는지, 폐부전, 섬유화, 조직수리를 저해하는 신호전달경로를 목표로 하는지에 대한 세부사항이 담겼다. 연구원들은 특히 이 데이터가 고령이거나 비만이거나 당뇨병을 앓고 있는 COVID-19 환자들, 즉 모두 심각한 경우 고위험군으로 간주되는 환자들을 돌보는 것과 관련이 있다고 말한다. 연구 샘플은 적어도 한 가지 고위험 조건을 가진 환자들의 것이었다.

이번 연구에는 2020년 3월과 7월 사이에 사망한 환자가 포함됐으며 사망 시점은 증상이 시작된 지 3일에서 47일 사이이다. 이렇게 다양한 기간을 통해 과학자들은 단기, 중간, 장기 사례를 비교할 수 있었다. 모든 사례에서 혈액으로 산소가 제대로 흐르지 못하고 결국 폐가 두꺼워지고 뻣뻣해지는 확산성 치경 손상과 일치하는 결과가 나왔다.

그들은 또한 SARS-CoV-2가 폐 안에 있는 기저 상피세포를 직접적으로 감염시켜 손상된 기도와 폐를 복구하고 건강한 조직을 생성하는 필수적인 기능을 방해한다는 것을 발견했다. 그 과정은 인플루엔자 바이러스가 폐의 세포를 공격하는 방식과 다르다. 이것은 과학자들이 항바이러스 치료제를 평가하거나 개발할 때 사용할 수 있는 추가적인 정보를 제공한다.

국립보건원의 알레르기 및 감염병 연구소의 연구원들은 국립 생물의학 영상 및 생명공학 연구소와 미국 식품의약국과 공동으로 이 프로젝트를 주도했다. 다른 협력자들로는 시애틀의 시스템 생물학 연구소, 일리노이 대학교 샴페인, 캘리포니아 산타모니카의 세인트존스 암 연구소가 있다.시애틀의 워싱턴 하버뷰 메디컬 센터, 벌링턴의 버몬트 대학교 메디컬 센터, 뉴욕의 메모리얼 슬론 케터링 암 센터.

Article

F D’Agnillo et al. Lung epithelial and endothelial damage, loss of tissue repair, inhibition of fibrinolysis, and cellular senescence in fatal COVID-19. Science Translational Medicine DOI: 10.1126/scitranslmed.abj7790(link is external) (2021).

Who

Jeffrey Taubenberger, M.D., Ph.D., Chief of the Viral Pathogenesis and Evolution Section in NIAID’s Laboratory of Infectious Diseases, is available to discuss this study.

NIAID conducts and supports research—at NIH, throughout the United States, and worldwide—to study the causes of infectious and immune-mediated diseases, and to develop better means of preventing, diagnosing and treating these illnesses. News releases, fact sheets and other NIAID-related materials are available on the NIAID website.  

About the National Institutes of Health (NIH): NIH, the nation's medical research agency, includes 27 Institutes and Centers and is a component of the U.S. Department of Health and Human Services. NIH is the primary federal agency conducting and supporting basic, clinical, and translational medical research, and is investigating the causes, treatments, and cures for both common and rare diseases. For more information about NIH and its programs, visit www.nih.gov.

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F 다니요 외 연구진 폐 상피 및 내피 손상, 조직 복구 손실, 섬유 분해 억제, 치명적인 COVID-19의 세포 노화. 과학 번역 의학 DOI: 10.1126/scittranslated.abj7790(링크는 외부)(2021).

누구?

NIAID의 감염병 연구소의 바이러스 병리 발생과 진화 부서의 책임자인 제프리 토벤버거, 박사, 이 연구를 논의할 수 있다.

NIAID는 감염 및 면역 매개 질병의 원인을 연구하고 이러한 질병을 예방, 진단 및 치료하는 더 나은 방법을 개발하기 위해 국립 보건원, 미국 전역, 전 세계에서 연구를 수행하고 지원한다. NIAID 웹사이트에서는 뉴스 발표, 팩트 시트 및 기타 NIAID 관련 자료를 이용할 수 있다.

미국 국립보건원(NIH) 정보: 미국의 의학 연구 기관인 NIH는 27개의 연구소와 센터를 포함하고 있으며, 미국 보건복지부의 구성 요소이다. 국립보건원(NIH)은 기초, 임상 및 번역 의학 연구를 수행하고 지원하는 주요 연방 기관으로, 일반 질병과 희귀 질병 모두에 대한 원인, 치료 및 치료법을 조사하고 있다. NIH와 NIH의 프로그램에 대한 더 많은 정보를 원하시면, www.nih.gov를 방문하세요.

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