寻找战胜COVID-19的方法

在卫生保健工作者和科学家努力找出治疗和阻止COVID-19的最佳方法之际，他们面临着关于这种致命感染的许多未知因素。

SARS cov -2病毒是如何感染人体的?免疫系统是如何反应的?哪些参与免疫反应的细胞在抗击冠状病毒方面做得很好?以及由免疫反应触发的哪些细胞可能引起危及生命的附带损害在重要器官和组织中?

“这些类型的问题我们只能通过动物模型来回答，”他说卡明斯学校助理教授阿曼达Martinot．

问题是目前没有已知的动物模型这恰好反映了COVID-19感染人群的情况。

为了在疫情期间及时找到一种帮助人们的方法，马蒂诺正在与这两种方法合作丹Barouch——内科医生、免疫学家，贝斯以色列女执事医疗中心病毒学和疫苗研究中心主任，哈佛医学院医学教授彼得·佐尔格他是哈佛大学医学院(Harvard Medical School)系统药理学实验室(Laboratory of systems Pharmacology)主任、教授、系统生物学家。

用25万美元的奖金快速资助在美国，研究人员正在评估灵长类动物、雪貂和仓鼠的研究如何揭示病毒在感染COVID-19的头七天内在体内的活动。

在一项新的发现中发表在科学5月20日，研究小组发现，猴子展示了人类疾病的关键特征，感染了新冠病毒的猴子在再次接触病毒时不会再次感染。

在收到来自被感染动物的样本后——卡明斯学校没有进行这项研究——马丁诺检查了器官和组织，帮助研究小组调查了疾病进展和免疫系统反应的许多其他细节。

解决紧迫的问题

马蒂诺解释说，用于研究COVID-19的人体组织样本通常只能显示患者患病一个月并死于该疾病后体内发生了什么。马蒂诺是塔夫茨大学的兽医科学家和获得委员会认证的兽医病理学家。

她说:“不幸的是，这些信息并不能真正帮助我们弄清楚四个星期前你本可以做些什么来帮助那个人。”

然而，通过分析研究动物的组织，科学家可以看到冠状病毒如何在感染过程的早期攻击和传播。马蒂诺说:“我们可以确定哪些类型的细胞受到了感染，哪些类型的细胞有助于对抗感染。”

研究人员还可以看到某些试图攻击病毒的细胞是如何通过产生炎性细胞因子,她说。通过这种方式，研究人员可以更快地确定最容易受到COVID-19致命并发症影响的人类患者，并为开发防止这些患者病情严重的新药提供线索。

研究人员正在观察感染后2天、4天和7天的动物组织。Martinot说，他们的研究表明，“两天的时间点对于疾病的发展是绝对关键的。”

研究小组还在探索早期病毒感染对不同细胞类型的影响以及细胞如何反应。

研究结果可能表明，某些类型的细胞因子是有益的，“因为我们知道它可以击败病毒，”Martinot说，同时表明，“其他类型的细胞想要帮助对抗病毒，实际上导致了大量的炎症，这对未来的病理有贡献。”

Martinot说，如果研究人员能将这一结果转化为人类可能发生的情况，他们就能获得信息，知道他们应该针对哪些途径来帮助患者。

正确的镜头

确定动物模型对人类状况的可信度是马蒂诺的工作。“我在这个项目中的角色是帮助提问和回答这些问题，‘我们在动物身上看到了什么?它是否符合人类疾病的描述?’”她说。

她说，例如，“医生描述患有血栓症的病人——小小的血栓堵塞了全身不同的血管。”“如果你的血管里有一个塞子，就像心脏病发作时发生的那样，它会导致组织损伤，导致肾、肝或心力衰竭。”

血栓形成是一些COVID-19患者的致命并发症。马蒂诺说:“当我观察不同动物的各种组织时，我正在寻找哪怕是非常小的血栓形成的证据，因为这可以帮助我们了解在这些病例中发生了什么。”

兽医病理学家希望回答的另一个问题是，当动物首次被感染时，病毒在体内的哪些部位繁殖，以及在哪些特定类型的细胞中繁殖。

“科学家们想知道为什么COVID-19的传染性如此之强。它与导致非典和中东呼吸综合征的冠状病毒非常不同，这两种病毒通常会导致更严重的疾病，但在人与人之间传播的效率远不如非典和中东呼吸综合征。”

“科学家们认为，COVID-19必须更有效地感染或停留在鼻腔或上呼吸道细胞，才能让人们如此容易地传播这种病毒，我正在动物样本中寻找这方面的证据。”

先进的方法

一旦研究样本送到卡明斯学院，马蒂诺必须决定如何最好地寻找团队需要的答案。

她说:“我基本上是取这些较大的组织块，然后决定如何切割，以便在显微镜下看到任何可能重要的东西。”“这就像从一块面包上取下一片。”

在卡明斯学院的组织学实验室对所有样本进行染色后，Martinot检查了切片，并将那些有有趣病理的切片送到哈佛大学的Sorger实验室，使用尖端成像技术进行进一步分析。

在传统的免疫学研究中，科学家使用一种叫做流式细胞术的方法来确定在特定条件下组织中哪些细胞类型存在或缺失。研究人员研磨组织——无论是肺、脾还是胃肠道——来收集组织中的所有细胞。然后，他们将各种荧光抗体应用到细胞上，并使用“分类”机器来确定这些抗体是否与细胞结合，该机器通过流过一组激光束来检查每个细胞。

Martinot说:“这使研究人员能够看到存在什么样的免疫细胞，以确定它们是否对疫苗、感染或某种类型的治疗有反应。”

“但问题是，你无法真正看到这些细胞在组织本身的背景下真正在做什么，”她继续说。“因为在处理过程中破坏了组织结构，你无法分辨哪些细胞在空气中或血管中，或者它们与被病毒感染的细胞有多近。就像把它放进搅拌机一样。”

然而，由Sorger和哈佛大学资深科学家佐尔坦·马利加(Zoltan Maliga)开发的循环免疫荧光技术，让科学家可以看到所有单个细胞类型的存在位置和它们处于什么状态。他们使用上述相同的抗体，但不是将组织磨碎，而是用一种特殊的荧光显微镜拍照。

Maliga和Sorger收集的荧光图像使精确识别哪些细胞感染了病毒，免疫系统的第一反应者如何发现这些细胞，以及这如何导致组织损伤成为可能。

“而不是一次只看一种蛋白质——比如，选择看病毒或T细胞——我们实际上可以在一个组织切片中观察30种不同的东西，”Martinot解释道。“我们通过这些荧光颜色在组织病理的背景下获得了所有这些信息。”

Martinot说，尽管该团队正在使用这项技术来加速亟需的动物模型的开发，但他们的方法也引起了那些研究人类患者样本的人的注意。

她说:“人类样本将非常有限，而大量的科学家将想要获得它们。”“我们的过程可以应用于这些样本，帮助从它们中获得更多的信息，用于许多研究。”

哈佛医学院的研究小组目前正在对多名COVID-19患者的样本进行成像，并利用从猴子身上获得的知识来了解疾病在人类身上如何发展，以及为什么它会如此严重。

马蒂诺说:“本着一种药物的精神，动物模型和人类疾病方面的专家正在密切合作，以了解这种疾病，改善病人的预后，并最终开发疫苗和治疗方法。”

可以联系到Genevieve Rajewskigenevieve.rajewski@tufts.edu．