BackgroundCOVID-19 is characterised by respiratory symptoms, which deteriorate into respiratory failure in a substantial proportion of cases, requiring intensive care in up to a third of patients admitted to hospital. Analysis of the pathological features in the lung tissues of patients who have died with COVID-19 could help us to understand the disease pathogenesis and clinical outcomes.MethodsWe systematically analysed lung tissue samples from 38 patients who died from COVID-19 in two hospitals in northern Italy between Feb 29 and March 24, 2020. The most representative areas identified at macroscopic examination were selected, and tissue blocks (median seven, range five to nine) were taken from each lung and fixed in 10% buffered formalin for at least 48 h. Tissues were assessed with use of haematoxylin and eosin staining, immunohistochemical staining for inflammatory infiltrate and cellular components (including staining with antibodies against CD68, CD3, CD45, CD61, TTF1, p40, and Ki-67), and electron microscopy to identify virion localisation.FindingsAll cases showed features of the exudative and proliferative phases of diffuse alveolar damage, which included capillary congestion (in all cases), necrosis of pneumocytes (in all cases), hyaline membranes (in 33 cases), interstitial and intra-alveolar oedema (in 37 cases), type 2 pneumocyte hyperplasia (in all cases), squamous metaplasia with atypia (in 21 cases), and platelet–fibrin thrombi (in 33 cases). The inflammatory infiltrate, observed in all cases, was largely composed of macrophages in the alveolar lumina (in 24 cases) and lymphocytes in the interstitium (in 31 cases). Electron microscopy revealed that viral particles were predominantly located in the pneumocytes.InterpretationThe predominant pattern of lung lesions in patients with COVID-19 patients is diffuse alveolar damage, as described in patients infected with severe acute respiratory syndrome and Middle East respiratory syndrome coronaviruses. Hyaline membrane formation and pneumocyte atypical hyperplasia are frequent. Importantly, the presence of platelet–fibrin thrombi in small arterial vessels is consistent with coagulopathy, which appears to be common in patients with COVID-19 and should be one of the main targets of therapy.FundingNone.

BackgroundPatients with COVID-19 can develop acute respiratory distress syndrome (ARDS), which is associated with high mortality. The aim of this study was to examine the functional and morphological features of COVID-19-associated ARDS and to compare these with the characteristics of ARDS unrelated to COVID-19.MethodsThis prospective observational study was done at seven hospitals in Italy. We enrolled consecutive, mechanically ventilated patients with laboratory-confirmed COVID-19 and who met Berlin criteria for ARDS, who were admitted to the intensive care unit (ICU) between March 9 and March 22, 2020. All patients were sedated, paralysed, and ventilated in volume-control mode with standard ICU ventilators. Static respiratory system compliance, the ratio of partial pressure of arterial oxygen to fractional concentration of oxygen in inspired air, ventilatory ratio (a surrogate of dead space), and D-dimer concentrations were measured within 24 h of ICU admission. Lung CT scans and CT angiograms were done when clinically indicated. A dataset for ARDS unrelated to COVID-19 was created from previous ARDS studies. Survival to day 28 was assessed.FindingsBetween March 9 and March 22, 2020, 301 patients with COVID-19 met the Berlin criteria for ARDS at participating hospitals. Median static compliance was 41 mL/cm H2O (33–52), which was 28% higher than in the cohort of patients with ARDS unrelated to COVID-19 (32 mL/cm H2O [25–43]; p<0·0001). 17 (6%) of 297 patients with COVID-19-associated ARDS had compliances greater than the 95th percentile of the classical ARDS cohort. Total lung weight did not differ between the two cohorts. CT pulmonary angiograms (obtained in 23 [8%] patients with COVID-19-related ARDS) showed that 15 (94%) of 16 patients with D-dimer concentrations greater than the median had bilateral areas of hypoperfusion, consistent with thromboembolic disease. Patients with D-dimer concentrations equal to or less than the median had ventilatory ratios lower than those of patients with D-dimer concentrations greater than the median (1·66 [1·32–1·95] vs 1·90 [1·50–2·33]; p=0·0001). Patients with static compliance equal to or less than the median and D-dimer concentrations greater than the median had markedly increased 28-day mortality compared with other patient subgroups (40 [56%] of 71 with high D-dimers and low compliance vs 18 [27%] of 67 with low D-dimers and high compliance, 13 [22%] of 60 with low D-dimers and low compliance, and 22 [35%] of 63 with high D-dimers and high compliance, all p=0·0001).InterpretationPatients with COVID-19-associated ARDS have a form of injury that, in many aspects, is similar to that of those with ARDS unrelated to COVID-19. Notably, patients with COVID-19-related ARDS who have a reduction in respiratory system compliance together with increased D-dimer concentrations have high mortality rates.FundingNone.

SARS2-CoV-2 breakout in Italy caused a huge number of severely ill patients with a serious increase in mortality. Although lungs seem to be the main target of the infection, very few information are available about liver involvement, possibly evocating a systemic disease. Post-mortem wedge liver biopsies from 48 patients died from severe pulmonary COVID-19 disease with respiratory failure were collected from two main hospitals in northern Italy. No patient had clinical symptoms of liver disease or signs of liver failure before and during hospitalization; for each of them liver function tests were available. All liver samples showed minimal inflammation features. Histological pictures compatible with vascular alterations were observed, characterized by increase in number of portal vein branches associated with lumen massive dilatation, partial or complete luminal thrombosis of portal and sinusoidal vessels, fibrosis of portal tract, focally markedly enlarged and fibrotic. SARS-CoV-2 was found in 15 of 22 samples tested by in situ hybridization method. Our preliminary results confirm the clinical impression that liver failure is not a main concern and this organ is not the target of significant inflammatory damage. Histopathological findings are highly suggestive for marked derangement of intrahepatic blood vessel network secondary to systemic changes induced by virus that could target not only lung parenchyma but also cardiovascular system, coagulation cascade and endothelial layer of blood vessels. It still remains unclear if the mentioned changes are directly related to virus infection or if SARS-CoV-2 triggers a series of reactions leading to striking vascular alterations.

Abstract The release of neutrophil extracellular traps (NETs), a process termed NETosis, avoids pathogen spread but may cause tissue injury. NETs have been found in severe COVID-19 patients, but their role in disease development is still unknown. The aim of this study is to assess the capacity of NETs to drive epithelial-mesenchymal transition (EMT) of lung epithelial cells and to analyze the involvement of NETs in COVID-19. Neutrophils activated with PMA (PMA-Neu), a stimulus known to induce NETs formation, induce both EMT and cell death in the lung epithelial cell line, A549. Notably, NETs isolated from PMA-Neu induce EMT without cell damage. Bronchoalveolar lavage fluid of severe COVID-19 patients showed high concentration of NETs. Thus, we tested in an in vitro alveolar model the hypothesis that virus-induced NET may drive EMT. Co-culturing A549 at air-liquid interface with alveolar macrophages, neutrophils and SARS-CoV2, we demonstrated a significant induction of the EMT in A549 together with high concentration of NETs, IL8 and IL1β, best-known inducers of NETosis. Lung tissues of COVID-19 deceased patients showed that epithelial cells are characterized by increased mesenchymal markers. These results show for the first time that NETosis plays a major role in triggering lung fibrosis in COVID-19 patients.