Endobronchial valves that allow air to escape from a pulmonary lobe but not enter it can induce a reduction in lobar volume that may thereby improve lung function and exercise tolerance in patients with pulmonary hyperinflation related to advanced emphysema.

ABSTRACT

Background

 High expression of programmed death ligand-1 (PD-L1) on tumor cells (TC) and/or on tumor-infiltrating immune cells (IC) is associated with a high response rate in patients with advanced nonsmall-cell lung cancer (NSCLC) treated with PD-L1 inhibitors. The use of a PD-L1 immunohistochemical (IHC) test in determining the responsiveness to immunotherapy has raised the question of the reliability and reproducibility of its evaluation in lung biopsies compared with corresponding resected surgical specimens. 

Patients and methods

 PD-L1 expression in TC and IC was assessed in 160 patients with operable NSCLC on both whole surgical tissue sections and matched lung biopsies, by using a highly sensitive SP142 IHC assay. The specimens were scored as TC 0–3 and IC 0–3 based on increasing PD-L1 expression. 

Results

 PD-L1 expression was frequently discordant between surgical resected and matched biopsy specimens (the overall discordance rate=48%; 95% confidence interval 4.64–13.24) and κ value was equal to 0.218 (poor agreement). In all cases, the biopsy specimens underestimated the PD-L1 status observed on the whole tissue sample. PD-L1-positive IC tumors were more common than PD-L1-positive TC tumors on resected specimens. The discrepancies were mainly related to the lack of a PD-L1-positive IC component in matched biopsies. 

Conclusions

 Our results indicate relatively poor association of the PD-L1 expression in TC and IC between lung biopsies and corresponding resected tumors. Although these results need to be further validated in larger cohorts, they indicate that the daily routine evaluation of the PD-L1 expression in diagnostic biopsies can be misleading in defining the sensitivity to treatment with PD-L1 targeted therapy.

The INBUILD trial investigated the efficacy and safety of nintedanib versus placebo in patients with progressive fibrosing interstitial lung diseases (ILDs) other than idiopathic pulmonary fibrosis (IPF). We aimed to establish the effects of nintedanib in subgroups based on ILD diagnosis.The INBUILD trial was a randomised, double-blind, placebo-controlled, parallel group trial done at 153 sites in 15 countries. Participants had an investigator-diagnosed fibrosing ILD other than IPF, with chest imaging features of fibrosis of more than 10% extent on high resolution CT (HRCT), forced vital capacity (FVC) of 45% or more predicted, and diffusing capacity of the lung for carbon monoxide (DLco) of at least 30% and less than 80% predicted. Participants fulfilled protocol-defined criteria for ILD progression in the 24 months before screening, despite management considered appropriate in clinical practice for the individual ILD. Participants were randomly assigned 1:1 by means of a pseudo-random number generator to receive nintedanib 150 mg twice daily or placebo for at least 52 weeks. Participants, investigators, and other personnel involved in the trial and analysis were masked to treatment assignment until after database lock. In this subgroup analysis, we assessed the rate of decline in FVC (mL/year) over 52 weeks in patients who received at least one dose of nintedanib or placebo in five prespecified subgroups based on the ILD diagnoses documented by the investigators: hypersensitivity pneumonitis, autoimmune ILDs, idiopathic non-specific interstitial pneumonia, unclassifiable idiopathic interstitial pneumonia, and other ILDs. The trial has been completed and is registered with ClinicalTrials.gov, number NCT02999178.Participants were recruited between Feb 23, 2017, and April 27, 2018. Of 663 participants who received at least one dose of nintedanib or placebo, 173 (26%) had chronic hypersensitivity pneumonitis, 170 (26%) an autoimmune ILD, 125 (19%) idiopathic non-specific interstitial pneumonia, 114 (17%) unclassifiable idiopathic interstitial pneumonia, and 81 (12%) other ILDs. The effect of nintedanib versus placebo on reducing the rate of FVC decline (mL/year) was consistent across the five subgroups by ILD diagnosis in the overall population (hypersensitivity pneumonitis 73·1 [95% CI -8·6 to 154·8]; autoimmune ILDs 104·0 [21·1 to 186·9]; idiopathic non-specific interstitial pneumonia 141·6 [46·0 to 237·2]; unclassifiable idiopathic interstitial pneumonia 68·3 [-31·4 to 168·1]; and other ILDs 197·1 [77·6 to 316·7]; p=0·41 for treatment by subgroup by time interaction). Adverse events reported in the subgroups were consistent with those reported in the overall population.The INBUILD trial was not designed or powered to provide evidence for a benefit of nintedanib in specific diagnostic subgroups. However, its results suggest that nintedanib reduces the rate of ILD progression, as measured by FVC decline, in patients who have a chronic fibrosing ILD and progressive phenotype, irrespective of the underlying ILD diagnosis.Boehringer Ingelheim.

Chronic obstructive pulmonary disease (COPD) is a risk factor for lung cancer. Migration of circulating tumor cells (CTCs) into the blood stream is an early event that occurs during carcinogenesis. We aimed to examine the presence of CTCs in complement to CT-scan in COPD patients without clinically detectable lung cancer as a first step to identify a new marker for early lung cancer diagnosis. The presence of CTCs was examined by an ISET filtration-enrichment technique, for 245 subjects without cancer, including 168 (68.6%) COPD patients, and 77 subjects without COPD (31.4%), including 42 control smokers and 35 non-smoking healthy individuals. CTCs were identified by cytomorphological analysis and characterized by studying their expression of epithelial and mesenchymal markers. COPD patients were monitored annually by low-dose spiral CT. CTCs were detected in 3% of COPD patients (5 out of 168 patients). The annual surveillance of the CTC-positive COPD patients by CT-scan screening detected lung nodules 1 to 4 years after CTC detection, leading to prompt surgical resection and histopathological diagnosis of early-stage lung cancer. Follow-up of the 5 patients by CT-scan and ISET 12 month after surgery showed no tumor recurrence. CTCs detected in COPD patients had a heterogeneous expression of epithelial and mesenchymal markers, which was similar to the corresponding lung tumor phenotype. No CTCs were detected in control smoking and non-smoking healthy individuals. CTCs can be detected in patients with COPD without clinically detectable lung cancer. Monitoring "sentinel" CTC-positive COPD patients may allow early diagnosis of lung cancer.

Rationale: The respiratory tract constitutes an elaborate line of defense that is based on a unique cellular ecosystem.Objectives: We aimed to investigate cell population distributions and transcriptional changes along the airways by using single-cell RNA profiling.Methods: We have explored the cellular heterogeneity of the human airway epithelium in 10 healthy living volunteers by single-cell RNA profiling. A total of 77,969 cells were collected at 35 distinct locations, from the nose to the 12th division of the airway tree.Measurements and Main Results: The resulting atlas is composed of a high percentage of epithelial cells (89.1%) but also immune (6.2%) and stromal (4.7%) cells with distinct cellular proportions in different regions of the airways. It reveals differential gene expression between identical cell types (suprabasal, secretory, and multiciliated cells) from the nose (MUC4, PI3, SIX3) and tracheobronchial (SCGB1A1, TFF3) airways. By contrast, cell-type–specific gene expression is stable across all tracheobronchial samples. Our atlas improves the description of ionocytes, pulmonary neuroendocrine cells, and brush cells and identifies a related population of NREP-positive cells. We also report the association of KRT13 with dividing cells that are reminiscent of previously described mouse “hillock” cells and with squamous cells expressing SCEL and SPRR1A/B.Conclusions: Robust characterization of a single-cell cohort in healthy airways establishes a valuable resource for future investigations. The precise description of the continuum existing from the nasal epithelium to successive divisions of the airways and the stable gene expression profile of these regions better defines conditions under which relevant tracheobronchial proxies of human respiratory diseases can be developed.

Talc is the most effective chemical pleurodesis agent for patients with malignant pleural effusion. However, concerns have arisen about the safety of intrapleural application of talc, after reports of development of acute respiratory distress syndrome in 1-9% of treated patients. Our aim was to establish whether use of large-particle-size talc is safe in patients with malignant pleural effusion.We did a multicentre, open-label, prospective cohort study of 558 patients with malignant pleural effusion who underwent thoracoscopy and talc poudrage with 4 g of calibrated French large-particle talc in 13 European hospitals, and one in South Africa. The primary endpoint was the occurrence of acute respiratory distress syndrome after talc pleurodesis.No patients developed acute respiratory distress syndrome (frequency 0%, one-sided 95% CI 0-0.54%). 11 (2%) patients died within 30 days. Additionally, seven patients had non-fatal post-thoracoscopy complications (1.2%), including one case of respiratory failure due to unexplained bilateral pneumothorax.Use of large-particle talc for pleurodesis in malignant pleural effusion is safe, and not associated with the development of acute respiratory distress syndrome.

Rationale: Single-center randomized controlled trials of the Zephyr endobronchial valve (EBV) treatment have demonstrated benefit in severe heterogeneous emphysema. This is the first multicenter study evaluating this treatment approach.Objectives: To evaluate the efficacy and safety of Zephyr EBVs in patients with heterogeneous emphysema and absence of collateral ventilation.Methods: This was a prospective, multicenter 2:1 randomized controlled trial of EBVs plus standard of care or standard of care alone (SoC). Primary outcome at 3 months post-procedure was the percentage of subjects with FEV1 improvement from baseline of 12% or greater. Changes in FEV1, residual volume, 6-minute-walk distance, St. George’s Respiratory Questionnaire score, and modified Medical Research Council score were assessed at 3 and 6 months, and target lobe volume reduction on chest computed tomography at 3 months.Measurements and Main Results: Ninety seven subjects were randomized to EBV (n = 65) or SoC (n = 32). At 3 months, 55.4% of EBV and 6.5% of SoC subjects had an FEV1 improvement of 12% or more (P < 0.001). Improvements were maintained at 6 months: EBV 56.3% versus SoC 3.2% (P < 0.001), with a mean ± SD change in FEV1 at 6 months of 20.7 ± 29.6% and −8.6 ± 13.0%, respectively. A total of 89.8% of EBV subjects had target lobe volume reduction greater than or equal to 350 ml, mean 1.09 ± 0.62 L (P < 0.001). Between-group differences for changes at 6 months were statistically and clinically significant: ΔEBV–SoC for residual volume, −700 ml; 6-minute-walk distance, +78.7 m; St. George’s Respiratory Questionnaire score, −6.5 points; modified Medical Research Council dyspnea score, −0.6 points; and BODE (body mass index, airflow obstruction, dyspnea, and exercise capacity) index, −1.8 points (all P < 0.05). Pneumothorax was the most common adverse event, occurring in 19 of 65 (29.2%) of EBV subjects.Conclusions: EBV treatment in hyperinflated patients with heterogeneous emphysema without collateral ventilation resulted in clinically meaningful benefits in lung function, dyspnea, exercise tolerance, and quality of life, with an acceptable safety profile.Clinical trial registered with www.clinicaltrials.gov (NCT02022683).

Abstract Single-cell technologies have transformed our understanding of human tissues. Yet, studies typically capture only a limited number of donors and disagree on cell type definitions. Integrating many single-cell datasets can address these limitations of individual studies and capture the variability present in the population. Here we present the integrated Human Lung Cell Atlas (HLCA), combining 49 datasets of the human respiratory system into a single atlas spanning over 2.4 million cells from 486 individuals. The HLCA presents a consensus cell type re-annotation with matching marker genes, including annotations of rare and previously undescribed cell types. Leveraging the number and diversity of individuals in the HLCA, we identify gene modules that are associated with demographic covariates such as age, sex and body mass index, as well as gene modules changing expression along the proximal-to-distal axis of the bronchial tree. Mapping new data to the HLCA enables rapid data annotation and interpretation. Using the HLCA as a reference for the study of disease, we identify shared cell states across multiple lung diseases, including SPP1 + profibrotic monocyte-derived macrophages in COVID-19, pulmonary fibrosis and lung carcinoma. Overall, the HLCA serves as an example for the development and use of large-scale, cross-dataset organ atlases within the Human Cell Atlas.

The COVID-19 pandemic, caused by the novel coronavirus SARS-CoV-2, creates an urgent need for identifying molecular mechanisms that mediate viral entry, propagation, and tissue pathology. Cell membrane bound angiotensin-converting enzyme 2 (ACE2) and associated proteases, transmembrane protease serine 2 (TMPRSS2) and Cathepsin L (CTSL), were previously identified as mediators of SARS-CoV2 cellular entry. Here, we assess the cell type-specific RNA expression of ACE2, TMPRSS2, and CTSL through an integrated analysis of 107 single-cell and single-nucleus RNA-Seq studies, including 22 lung and airways datasets (16 unpublished), and 85 datasets from other diverse organs. Joint expression of ACE2 and the accessory proteases identifies specific subsets of respiratory epithelial cells as putative targets of viral infection in the nasal passages, airways, and alveoli. Cells that co-express ACE2 and proteases are also identified in cells from other organs, some of which have been associated with COVID-19 transmission or pathology, including gut enterocytes, corneal epithelial cells, cardiomyocytes, heart pericytes, olfactory sustentacular cells, and renal epithelial cells. Performing the first meta-analyses of scRNA-seq studies, we analyzed 1,176,683 cells from 282 nasal, airway, and lung parenchyma samples from 164 donors spanning fetal, childhood, adult, and elderly age groups, associate increased levels of ACE2, TMPRSS2, and CTSL in specific cell types with increasing age, male gender, and smoking, all of which are epidemiologically linked to COVID-19 susceptibility and outcomes. Notably, there was a particularly low expression of ACE2 in the few young pediatric samples in the analysis. Further analysis reveals a gene expression program shared by ACE2+TMPRSS2+ cells in nasal, lung and gut tissues, including genes that may mediate viral entry, subtend key immune functions, and mediate epithelial-macrophage cross-talk. Amongst these are IL6, its receptor and co-receptor, IL1R, TNF response pathways, and complement genes. Cell type specificity in the lung and airways and smoking effects were conserved in mice. Our analyses suggest that differences in the cell type-specific expression of mediators of SARS-CoV-2 viral entry may be responsible for aspects of COVID-19 epidemiology and clinical course, and point to putative molecular pathways involved in disease susceptibility and pathogenesis.### Competing Interest StatementN.K. was a consultant to Biogen Idec, Boehringer Ingelheim, Third Rock, Pliant, Samumed, NuMedii, Indaloo, Theravance, LifeMax, Three Lake Partners, Optikira and received non-financial support from MiRagen. All of these outside the work reported. J.L. is a scientific consultant for 10X Genomics Inc A.R. is a co-founder and equity holder of Celsius Therapeutics, an equity holder in Immunitas, and an SAB member of ThermoFisher Scientific, Syros Pharmaceuticals, Asimov, and Neogene Therapeutics O.R.R., is a co-inventor on patent applications filed by the Broad Institute to inventions relating to single cell genomics applications, such as in PCT/US2018/060860 and US Provisional Application No. 62/745,259. A.K.S. compensation for consulting and SAB membership from Honeycomb Biotechnologies, Cellarity, Cogen Therapeutics, Orche Bio, and Dahlia Biosciences. S.A.T. was a consultant at Genentech, Biogen and Roche in the last three years. F.J.T. reports receiving consulting fees from Roche Diagnostics GmbH, and ownership interest in Cellarity Inc. L.V. is funder of Definigen and Bilitech two biotech companies using hPSCs and organoid for disease modelling and cell based therapy.

Background: It is usually considered that the upper airway epithelium is composed of multiciliated, goblet, secretory and basal cells, which collectively constitute an efficient first line of defense against inhalation of noxious substances. Upon injury, regeneration of this epithelium through proliferation and differentiation can restore a proper mucociliary function. However, in chronic airway diseases, the injured epithelium frequently displays defective repair leading to tissue remodeling, characterized by a loss of multiciliated cells and mucus hyper-secretion. Delineating drivers of differentiation dynamics and cell fate in the human airway epithelium is important to preserve homeostasis. Results: We have used single cell transcriptomics to characterize the sequence of cellular and molecular processes taking place during human airway epithelium regeneration. We have characterized airway subpopulations with high resolution and lineage inference algorithms have unraveled cell trajectories from basal to luminal cells, providing markers for specific cell populations, such as deuterosomal cells, i.e. precursors of multiciliated cells. We report that goblet cells, like secretory cells, can act as precursors of multiciliated cells. Our study provides a repertoire of molecules involved in key steps of the regeneration process, either keratins or components of the Notch, Wnt or BMP/TGFbeta signaling pathways. Our findings were confirmed in independent experiments performed on fresh human and pig airway samples, and on mouse tracheal epithelial cells. Conclusions: Our single-cell RNA-seq study provides novel insights about airway epithelium differentiation dynamics, clarifies cell trajectories between secretory, goblet and multiciliated cells, identifies novel cell subpopulations, and maps the activation and repression of key signaling pathways.