2020年3月中旬的一个周五下午，当马萨诸塞州总医院(Massachusetts General Hospital)急诊科开始收治首批冠状病毒患者时，主治急诊医生、研究人员迈克尔·菲尔宾(Michael Filbin)意识到，急需迅速了解这一新兴病原体。由于未来几周内可能会有大量新冠肺炎患者住院，菲尔宾决定组建一个研究小组，来回答导致这种疾病难以治疗的一个关键问题:为什么这种疾病对一些人来说很轻，而对另一些人来说却致命?为了获得足够的数据来回答这个问题，研究人员需要在即将到来的疫情激增期间将COVID-19患者纳入一项研究，这意味着他们需要在创纪录的时间内计划并启动这项研究。
医院的应急准备小组刚刚通知Filbin，临床研究，包括他对致命疾病脓毒症的调查，将暂停，以便医疗小组将重点放在COVID-19病例预计会增加上。Filbin意识到，他和他在麻省总医院、麻省理工学院(Broad Institute of MIT)以及哈佛大学(Harvard)的合作者在过去两年用于研究对脓毒症的免疫反应的现有工作流程，非常适合研究covid19以及人体对感染的反应。
该小组扩大了其脓毒症研究项目，为应对COVID-19激增做好准备，并迅速与医院管理部门合作启动了这项研究。在首次讨论这一想法两周后，该小组将首批患者纳入COVID-19急性队列研究。“这种转变在研究界绝对是闻所未闻的，”菲尔宾说，他也是the Broad的助理成员。
在长达六周的昼夜不停的艰苦工作中，菲尔宾和他在麻省总医院的合作者收集并处理了384人的800多份血样，其中306人被检测出冠状病毒阳性。许多被登记的病人都有严重的疾病，一些人最终死亡，而另一些人恢复得更快。Broad和Mass General的科学家们正在合作分析这些样本，以进一步了解该病毒对人体不可预测的影响。通过研究抗体、单个免疫细胞的基因组活性和血液样本中的蛋白质特征，研究人员希望找到严重疾病的风险因素，从而为治疗决策提供依据，或帮助优先考虑患者进行临床试验。这一发现还可以帮助确定新的治疗方法所瞄准的细胞路径。
大众普遍和广泛的人员能够迅速启动这个正在进行的研究由于其现有的,长期合作,很多敏捷的思维和行动从physicians-scientists在诊所和质量一般管理员和领导人,和病人和他们的家属的参与。
“我们在医院领导的大力支持下开展了这项研究，”马西娅·戈德堡(Marcia Goldberg)说。“当然，我们也非常感谢这些病人，是他们的贡献使这一切成为可能。”
为激增做准备
在那个3月中旬的下午，菲尔宾与他的合作者戈德堡和Nir Hacohen交换了大量的电子邮件和短信，Nir Hacohen是布罗德研究所的成员，也是MGH癌症免疫治疗中心和布罗德细胞回路项目的主任，希望他们能加入。第二天下午，戈德堡和菲尔宾会见了合作伙伴人类研究委员会(Partners Human Research committee)的内科主任利比•霍曼(Libby Hohmann)，就如何将COVID-19患者纳入一项新的研究进行了讨论。该团队花了整个周末的时间修改他们的败血症治疗方案，以便将其应用于COVID-19。在该医院周一举行的两月一次的机构审查委员会会议之后，他们获得了这项研究的批准。
在今年春季COVID-19激增期间，马萨诸塞州总医院急诊医师Michael Filbin迅速启动了一项研究，以更好地了解该病毒。
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在接下来的两周里，研究负责人每天工作16个小时，组建团队，负责登记病人和处理血液样本。“我们的研究管道似乎完美地过渡到COVID，但挑战是在一个封闭的环境和限制进入临床空间的病人为即将到来的激增做准备，”Filbin说。此外，他们需要为样品处理建立加强的生物安全控制条件。
他将急诊科所有9名研究协调员重新安排到COVID-19研究中，从呼吸困难和疑似COVID-19感染的患者身上采集额外的一管血液。只有在急诊科管理人员和护理人员以及MGH COVID-19医院事件指挥系统和感染控制部门领导的大力支持下，才能接触到病人。然而，一线护士和研究人员是成功的关键。Filbin说:“我们在很大程度上要感谢前线护士和我们自己的研究协调员，他们每天冒着接触COVID-19的风险获取这些珍贵的血液样本。”
菲尔宾和戈德堡获得了医院临床试验组执业护士凯西·霍尔(Kathy Hall)的支持，在登记患者在医院期间，包括在ICU期间，定期从他们身上获取额外的血样。随着时间的推移，从同一患者身上收集多个样本是这项研究的关键部分，有望让科学家追踪免疫系统对病毒的重要反应变化。“凯西组建了一个很棒的团队。她真的做得非常出色。”“这对我们的学习有很大帮助。”
加工样品，夜以继日
就在这个时候，Hacohen收到了一封来自Alexandra-Chloe Villani的邮件，他是MGH免疫与炎症疾病中心的首席研究员，也是the Broad单细胞基因组学研究项目的副成员和主任。Hacohen和Villani在人类免疫细胞图谱项目上密切合作。她说，她的实验室也计划进行一项研究，分析来自冠状病毒患者的免疫细胞，因此，两人联手组建了一个团队，处理这项研究的血液样本，为分析做准备。
马萨诸塞州总医院的研究员Alexandra-Chloe Villani和the Broad帮助启动了COVID急性队列研究，并建立了分析COVID患者血液的方案和团队。
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他们从两个实验室召集并训练了一个由17名科学家组成的团队，以及戈德堡小组的两名科学家，来处理采集到的血液样本。因为样品需要处理的研究在几小时内从病人,和许多样本快速到达实验室,科学家们不得不每天几乎全天工作六个星期撤出的免疫细胞和蛋白质样品供以后分析。研究小组包括研究助理、研究生、博士后、以及在高峰期被召集来治疗病人之前协助这项研究的内科科学家。
维拉尼说:“很高兴看到我们的研究团队走到一起，但组建一个大型团队也是必要的，因为漫长的日子让人筋疲力尽。”“我们需要额外的人手每周工作七天，从早上7点到凌晨2点，因为到晚上10点左右最后一批血液送来时，你还需要几个小时来处理它。”
麻省总医院的科学家Moshe Sade-Feldman和the Broad帮助建立了实验室空间、协议和团队来处理来自COVID患者的数百份血样。
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研究小组使用Villani和Moshe Sade-Feldman设计的方案处理样本，Moshe Sade-Feldman是Broad and Mass General医院的科学家。萨德-费尔德曼领导着医院的转化癌症免疫实验室，该实验室被重新用于为研究处理样本。“我们最大的优势是，我们位于医院的主校区，所以从急诊科到我们的实验室只需5分钟的路程，我们的设备很好，可以适应新的协议，”萨德-费尔德曼说。“这项研究之所以可行，是因为我们与迈克、马西娅和他们的临床研究协调员有惊人的团队合作，也因为我们工作得很快就把事情做好了。”
为了保护研究人员并防止病毒的传播，临床研究协调员将血样从诊所带到实验室，在那里他们将血样交给同样穿着全套防护装备的研究人员。维拉尼说:“我可以告诉你，当你在8到10个小时的轮班中穿上全套装备，包括面罩、面罩、长礼服、短靴、袖子长到肘部的时候，这是很重要的。”“我对球队的承诺印象深刻，至少可以这么说，他们非常出色。”
这项研究最初计划招募100名患者，但很快扩大到近400人。
寻找COVID严重性的线索
随着收集阶段的完成和所有样本的处理，研究小组现在正在研究血液中的免疫细胞和蛋白质，以了解病原体是如何引起疾病的，身体是如何对其作出反应的，以及随着时间的推移，免疫细胞和蛋白质是如何变化的。
马萨诸塞州总医院和Broad的研究员Nir Hacohen帮助启动了COVID急性队列研究，以发现COVID-19对患者不可预测影响的线索。
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Hacohen说:“我们现在要问的问题是，是什么原因以及什么时候导致了身体转变为真正严重的疾病。”
Hacohen和他在Broad实验室的成员们正在研究免疫系统是如何对病毒作出反应的，他们使用的是由Hacohen实验室的博士后研究员Mateo Gentilli开发的一种检测方法。该研究小组希望了解这些抗体是否参与了控制感染或导致严重症状，以及它们是如何参与的。“我们想知道身体是如何保护自己的，”Hacohen说。
在另一组分析中，该团队与Galit Alter合作，Galit Alter在MGH的Ragon研究所，麻省理工学院和哈佛大学，研究抗体在人体内的作用。除了中和感染，抗体还有其他功能，比如激活免疫细胞来对抗病毒。研究人员想知道，不同COVID-19症状和严重程度的人抗体功能是否不同。
该团队还在寻找蛋白质，这些蛋白质可以帮助我们深入了解为什么一些病人会患上重病或死亡，从而有可能识别出可以作为治疗靶点的宿主途径。这些蛋白质也可能是预测病人病情的生物标记。Hacohen说:“我们希望在临床症状变得严重之前找到能反映病人临床症状的蛋白质。”“这将帮助医生知道该怎么做，但也给我们提供了导致这些症状的线索。”
为此，该团队正在与两家公司合作，分别是Olink Proteomics和SomaLogic(得到了诺华制药的支持)。通过这些合作，研究人员正在分析血浆中的数百种蛋白质，这些蛋白质可能是病毒如何影响全身组织的信号。因为血液通过血液循环穿过每一个组织，它可以在整个过程中获取组织健康的线索。Hacohen说:“血液样本可以反映任何组织中发生的情况。”
另一组分析由Villani和Hacohen领导。在the Broad，科学家们正在对几种血细胞类型进行单细胞RNA测序，以检查确切的细胞类型和激活状态，它们与好的或坏的结果有关。这一发现可能指向与严重疾病相关的特定细胞通路、基因或分子，并可能被药物锁定。
在另一项独立但相关的研究中，Villani和Broad 's Klarman Cell Observatory的单细胞基因组学高级主管Orit Rozenblatt-Rosen正在对马萨诸塞州总医院和波士顿地区其他医院因COVID-19去世的患者的组织进行单细胞分析。在这个尸检研究中，一些患者在不幸死于该病之前首先被纳入急性队列血液研究;对同一已故患者的血液和组织样本进行分析，可以对最终导致严重疾病和死亡的生物事件提供了解。
科学家们所使用的尖端单细胞技术是一个探索疾病细胞基础的强大平台。维拉尼说:“研究从COVID-19患者整个病程中分离出的数十万个个体免疫细胞，以及从感染组织中分离出的免疫细胞，可能会让我们对局部和系统免疫反应有更深入的了解。”“总之，这些结果可能使我们能够识别疾病严重程度的标记物，这些标记物可以在临床中用于改善患者护理管理，并识别潜在的新的治疗靶点。”
未来工作的基础
今年9月，研究人员公布了他们与Olink合作得来的第一组蛋白质组数据，包括参与这项研究的所有患者血浆中超过1400种蛋白质的测量结果。他们最近还在COVID-19细胞图谱中在线发布了第一组单细胞基因组数据，供全球研究社区在其他研究中使用。研究人员将在未来几周内继续发布更多数据。
研究人员说，这项正在进行的工作可以为更多的研究铺平道路，以测试特定的假设，如是否针对特定的细胞路径或分子可能降低疾病的严重程度，以及在感染期间什么时候是干预的最佳时间。
马萨诸塞州总医院的传染病医生Marcia Goldberg帮助计划并获得了COVID研究的批准，并组建了收集样本的临床团队。
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Goldberg说:“任何药物或疗法在成为标准疗法之前都要经过适当的对照试验，这一点至关重要。”他补充说，了解这种疾病和任何用于治疗这种疾病的药物的潜在生物学特性也同样重要。“从长远来看，试图忽视这些努力将是一个巨大的错误。“急性队列研究的结果也可能有助于为临床试验对患者进行适当的分类，通过确定最有可能从特定干预获益的患者。”
研究人员承认，他们的研究之所以成为可能，只是因为各个机构和部门惊人的多学科团队合作，以及患者及其家人的参与。维拉尼对球队自3月以来每周不间断工作的承诺表示感谢。“看到每个人无私地聚在一起，试图找到更好地治疗感染SARS-CoV-2患者的解决方案，这是真正鼓舞人心的。我们对这种疾病知之甚少，而患者又如此脆弱，”她说。“我们希望我们的转译努力将会产生重要的见解，可能导致新的治疗途径。”
