COVID-19, which is caused by SARS-CoV-2, can result in acute respiratory distress syndrome and multiple organ failure1–4, but little is known about its pathophysiology. Here we generated single-cell atlases of 24 lung, 16 kidney, 16 liver and 19 heart autopsy tissue samples and spatial atlases of 14 lung samples from donors who died of COVID-19. Integrated computational analysis uncovered substantial remodelling in the lung epithelial, immune and stromal compartments, with evidence of multiple paths of failed tissue regeneration, including defective alveolar type 2 differentiation and expansion of fibroblasts and putative TP63+ intrapulmonary basal-like progenitor cells. Viral RNAs were enriched in mononuclear phagocytic and endothelial lung cells, which induced specific host programs. Spatial analysis in lung distinguished inflammatory host responses in lung regions with and without viral RNA. Analysis of the other tissue atlases showed transcriptional alterations in multiple cell types in heart tissue from donors with COVID-19, and mapped cell types and genes implicated with disease severity based on COVID-19 genome-wide association studies. Our foundational dataset elucidates the biological effect of severe SARS-CoV-2 infection across the body, a key step towards new treatments. Single-cell analysis of lung, heart, kidney and liver autopsy samples shows the molecular and cellular changes and immune response resulting from severe COVID-19 infection.

In this study we used a biocomplex constructed from dental pulp stem/progenitor cells (DPCs) and a collagen sponge scaffold for oro-maxillo-facial (OMF) bone tissue repair in patients requiring extraction of their third molars.The experiments were carried out according to our Internal Ethical Committee Guidelines and written informed consent was obtained from the patients.The patients presented with bilateral bone reabsorption of the alveolar ridge distal to the second molar secondary to impaction of the third molar on the cortical alveolar lamina, producing a defect without walls, of at least 1.5 cm in height.This clinical condition does not permit spontaneous bone repair after extraction of the third molar, and eventually leads to loss also of the adjacent second molar.Maxillary third molars were extracted first for DPC isolation and expansion.The cells were then seeded onto a collagen sponge scaffold and the obtained biocomplex was used to fill in the injury site left by extraction of the mandibular third molars.Three months after autologous DPC grafting, alveolar bone of patients had optimal vertical repair and complete restoration of periodontal tissue back to the second molars, as assessed by clinical probing and X-rays.Histological observations clearly demonstrated the complete regeneration of bone at the injury site.Optimal bone regeneration was evident one year after grafting.This clinical study demonstrates that a DPC/collagen sponge biocomplex can completely restore human mandible bone defects and indicates that this cell population could be used for the repair and/or regeneration of tissues and organs.

Abstract The molecular underpinnings of organ dysfunction in acute COVID-19 and its potential long-term sequelae are under intense investigation. To shed light on these in the context of liver function, we performed single-nucleus RNA-seq and spatial transcriptomic profiling of livers from 17 COVID-19 decedents. We identified hepatocytes positive for SARS-CoV-2 RNA with an expression phenotype resembling infected lung epithelial cells. Integrated analysis and comparisons with healthy controls revealed extensive changes in the cellular composition and expression states in COVID-19 liver, reflecting hepatocellular injury, ductular reaction, pathologic vascular expansion, and fibrogenesis. We also observed Kupffer cell proliferation and erythrocyte progenitors for the first time in a human liver single-cell atlas, resembling similar responses in liver injury in mice and in sepsis, respectively. Despite the absence of a clinical acute liver injury phenotype, endothelial cell composition was dramatically impacted in COVID-19, concomitantly with extensive alterations and profibrogenic activation of reactive cholangiocytes and mesenchymal cells. Our atlas provides novel insights into liver physiology and pathology in COVID-19 and forms a foundational resource for its investigation and understanding.

Abstract The current understanding of mycobacterial cell envelope remodeling in response to antibiotics is limited. Chemical tools that report on phenotypic changes with minimal cell wall perturbation are critical to understanding such time-dependent processes. We employed a fluorogenic chemical probe to image how antibiotics perturb mycobacterial cell envelope assembly in real-time. Time-lapse microscopy revealed that differential antibiotic treatment elicited unique cellular phenotypes, providing a platform for simultaneously monitoring cell envelope construction and remodeling responses. Our data show that rifampicin, which does not directly inhibit cell wall biosynthesis, affords a readily detected mycomembrane phenotype. The fluorogenic probe revealed the production of extracellular vesicles in response to antibiotics, and analyses of these vesicles indicate that antibiotic treatment elicits the release of agents that attenuate macrophage activation.

The SARS-CoV-2 pandemic has caused over 1 million deaths globally, mostly due to acute lung injury and acute respiratory distress syndrome, or direct complications resulting in multiple-organ failures. Little is known about the host tissue immune and cellular responses associated with COVID-19 infection, symptoms, and lethality. To address this, we collected tissues from 11 organs during the clinical autopsy of 17 individuals who succumbed to COVID-19, resulting in a tissue bank of approximately 420 specimens. We generated comprehensive cellular maps capturing COVID-19 biology related to patients' demise through single-cell and single-nucleus RNA-Seq of lung, kidney, liver and heart tissues, and further contextualized our findings through spatial RNA profiling of distinct lung regions. We developed a computational framework that incorporates removal of ambient RNA and automated cell type annotation to facilitate comparison with other healthy and diseased tissue atlases. In the lung, we uncovered significantly altered transcriptional programs within the epithelial, immune, and stromal compartments and cell intrinsic changes in multiple cell types relative to lung tissue from healthy controls. We observed evidence of: alveolar type 2 (AT2) differentiation replacing depleted alveolar type 1 (AT1) lung epithelial cells, as previously seen in fibrosis; a concomitant increase in myofibroblasts reflective of defective tissue repair; and, putative TP63 + intrapulmonary basal-like progenitor (IPBLP) cells, similar to cells identified in H1N1 influenza, that may serve as an emergency cellular reserve for severely damaged alveoli. Together, these findings suggest the activation and failure of multiple avenues for regeneration of the epithelium in these terminal lungs. SARS-CoV-2 RNA reads were enriched in lung mononuclear phagocytic cells and endothelial cells, and these cells expressed distinct host response transcriptional programs. We corroborated the compositional and transcriptional changes in lung tissue through spatial analysis of RNA profiles in situ and distinguished unique tissue host responses between regions with and without viral RNA, and in COVID-19 donor tissues relative to healthy lung. Finally, we analyzed genetic regions implicated in COVID-19 GWAS with transcriptomic data to implicate specific cell types and genes associated with disease severity. Overall, our COVID-19 cell atlas is a foundational dataset to better understand the biological impact of SARS-CoV-2 infection across the human body and empowers the identification of new therapeutic interventions and prevention strategies.

Azithromycin is used to treat invasive salmonellosis, despite conflicting effective concentrations in vitro and in vivo. Resistance of Salmonella enterica to azithromycin is increasing. We demonstrate that nanomotion technology can be used for rapid phenotypic testing of Salmonella's susceptibility to azithromycin. Nanomotion changes under various culture conditions correlated with susceptibility measured by MIC determination, CFU counting, and fluorescent reporter-based estimates of intrabacterial azithromycin accumulation.