Опубликовано : Сен 14, 2020

Новые методы лечения смертельных заболеваний легких могут быть обнаружены с помощью трехмерного моделирования

С помощью трехмерного моделирования можно выявить новые методы лечения смертельных заболеваний легких
Трехмерная модель соединительной ткани легких, показывающая фибробласты легких (синие) в волокнах матрикса, имитирующие коллаген легких (пурпурный). Предоставлено: Baker Lab.

Трехмерная биоинженерная модель легочной ткани, созданная исследователями из Мичиганского университета, пробивает дыры в многолетних наблюдениях в плоских чашках Петри в том, как прогрессирует смертельное заболевание — фиброз легких.

Причины легочного фиброза до конца не изучены, но это состояние характеризуется рубцовой тканью, которая образуется внутри легких. Эта рубцовая ткань укрепляет стенки воздушных мешков легких, называемых альвеолами, или, на поздних стадиях, она может полностью заполнять альвеолярные пространства. Оба сценария затрудняют дыхание и уменьшают количество кислорода, попадающего в кровоток. Часто состояние необратимо, что в конечном итоге приводит к недостаточности легких и смерти.

Некоторые врачи обеспокоены тем, что у тяжелобольных пациентов с COVID-19 может развиться форма легочного фиброза после длительного пребывания в отделении интенсивной терапии.

Исследователи ищут более эффективные методы лечения. Несмотря на то, что им удалось найти некоторые лекарства, которые облегчают симптомы или замедляют прогрессирование на практике, они не всегда могут воспроизвести эти результаты в сегодняшних двухмерных лабораторных моделях. Поэтому они не понимают, как и почему действуют эти лекарства, и не всегда могут предсказать, какие соединения будут иметь значение. Новое исследование UM делает шаг в этом направлении и наглядно демонстрирует, насколько предыдущие подходы были неэффективными.

Команда показала, что в некоторых двухмерных моделях препараты, которые уже известны как эффективные в лечении, не дают результатов тестов, показывающих эффективность. Однако их трехмерная тканевая модель фиброзной ткани легких показывает, что эти лекарства работают.

С помощью трехмерного моделирования можно выявить новые методы лечения смертельных заболеваний легких
В соответствии с предыдущей работой, миофибробласты не могут накапливаться в мягких 2D-настройках (слева). В новой 3D-модели (справа) миофибробласты (пурпурный) накапливаются даже в мягких условиях, имитирующих здоровое легкое. Изображения окрашены на цитоскелет (синий), ядра клеток (желтый) и маркер активации миофибробластов (альфа-актин гладких мышц, пурпурный). Предоставлено: Baker Lab.

Перед тестированием лекарств они сначала провели исследования, чтобы понять, как жесткость тканей влияет на появление миофибробластов — клеток, которые коррелируют с развитием рубцевания.

«Даже в клетках одного и того же пациента мы наблюдали разные результаты», — сказал Дэниел Матера, доктор философии. кандидат и член команды. «Когда мы ввели жесткость в среду для двухмерного тестирования, она активировала миофибробласты, по сути создав рубцовую ткань. Когда мы ввели такую ​​же жесткость в нашу среду трехмерного тестирования, она предотвратила или замедлила активацию миофибробластов, остановив или замедлив создание рубцовой ткани «.

Поскольку в большинстве исследований фиброза легких используется двухмерное тестирование, добавил он, многие считают, что лечение должно быть направлено на высокую жесткость легких у пациентов. Исследование U-M показывает, что одно только нацеливание на жесткость не может препятствовать прогрессированию болезни у пациентов, даже если оно работает в чашке Петри.

Выводы группы доступны в Science Advances.

Чтобы найти эффективные методы лечения, исследователи сначала просматривают библиотеки фармацевтических соединений. Сегодня они обычно делают это на клетках, культивируемых на плоских пластиковых или гидрогелевых поверхностях, но эти настройки часто плохо справляются с воссозданием того, что происходит в организме человека.

Брендон Бейкер, доцент кафедры биомедицинской инженерии UM, и его команда применили подход тканевой инженерии. Они реконструировали трехмерный интерстиций легких, или соединительную ткань, дом фибробластов и место, где начинается фиброз. Их целью было понять, как механические сигналы от легочной ткани влияют на поведение фибробластов и прогрессирование заболевания.

«Воссоздание трехмерной волокнистой структуры интерстиция легких позволило нам подтвердить эффективность лекарств, которые не были бы признаны эффективными в традиционных условиях скрининга», — сказал Бейкер.

В центре загадки легочного фиброза находится фибробласт, клетка, обнаруженная в интерстиции легких, которая имеет решающее значение для заживления, но, как это ни парадоксально, может также способствовать прогрессированию заболевания. При активации, после травмы или при заболевании они становятся миофибробластами. При правильном регулировании они играют важную роль в заживлении ран, но при неправильном регулировании могут вызывать хронические заболевания. В случае фиброза легких они вызывают уплотнение легочной ткани, затрудняющее дыхание.

«Наша модель легочной ткани выглядит и ведет себя аналогично тому, что мы наблюдали при визуализации реальной легочной ткани», — сказал Бейкер. «Клетки пациентов в рамках нашей модели могут активно укреплять, разрушать или реконструировать свою собственную среду, как они это делают при болезни».

Документ озаглавлен «Микроинженерные трехмерные легочные интерстициальные миметики подчеркивают критическую роль деградации матрикса в дифференцировке миофибробластов»./p>

Spread the love

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *