Терапия стволовыми клетками при фиброзивном альвеолите

Группа ученых из Северной Каролины провела многообещающие исследования в отношении возможной обработки стволовых клеток для нескольких состояний легких, таких как фиброзивный альвеолит, хроническая обструктивная болезнь легких (ХОБЛ) и муковисцидоз — часто смертельные состояния, которые влияют на десятки миллионов американцев.
Ученые продемонстрировали, что они могут собирать легочные стволовые клетки у людей, используя относительно неинвазивную технику. Затем им удалось размножить собранные клетки легких в лаборатории, чтобы получить количество клеток, достаточное для терапии человека.
Во втором исследовании команда показала, что у грызунов для успешного лечения фиброзивного альвеолита возможно использовать один и тот же тип клеток легких. Это первый случай, когда кто-либо создал легочные стволовые клетки, потенциально подходящие для терапии, благодаря малоинвазивной биопсии. Авторы считают, что свойства этих клеток делают их потенциально применимыми для терапии фиброза легких.
Такое заболевание включает накопление волокнистой, рубцовой ткани, как правило, из-за хронического воспаления легких. Поскольку эта волокнистая ткань заменяет рабочую легочную ткань, легкие менее эффективно переносят кислород в кровь. Пациенты в конечном итоге подвергаются риску ранней смерти от респираторной недостаточности. В случае фиброзивного альвеолита, который был связан с курением, большинство пациентов живут менее пяти лет после постановки диагноза.
Два одобренных FDA лекарственных лечения этой болезни уменьшают симптомы, но не останавливают основной процесс заболевания. Единственное эффективное лечение — трансплантация легкого, которая несет высокий риск смертности и предполагает долгосрочное применение иммунодепрессантов.
Ученые изучают альтернативную возможность использования стволовых клеток для лечения таких болезней. Стволовые клетки представляют собой незрелые клетки, которые могут размножаться и превращаться во взрослые клетки, чтобы, например, восстановить травмы. Некоторые типы стволовых клеток обладают противовоспалительными и противогрибковыми свойствами, что делает их особенно привлекательными в качестве потенциальных методов лечения заболеваний, связанных с фиброзом.
Ученые сосредоточили внимание на наборе клеток, которые находятся в легких, и могут быть надежно культивированы из ткани легких, полученной с помощью биопсии. Клетки называются сфероидными клетками легких из-за отличительных сферо-подобных структур, которые они образуют. Как сообщили ученые в первоначальном документе в 2015 году, такие клетки легкого показали мощные регенеративные свойства при применении к мышиной модели фиброза легких. В своей терапевтической активности эти клетки также превосходили другие нелекарственные стволовые клетки, известные как мезенхимальные стволовые клетки, которые также исследуются для лечения фиброзивного альвеолита.
В первом из двух новых исследований команда показала, что может получать сфероидные клетки у пациентов с заболеваниями легких с помощью относительно неинвазивной процедуры, называемой трансбронхиальной биопсией. При этом срезаются кусочки ткани дыхательных путей очень маленького размера с использованием бронхоскопа. Этот метод предполагает гораздо меньший риск для пациента, чем стандартная хирургическая биопсия легочной ткани с проникновением в грудную клетку.
Исследователи культивировали сфероидные клетки легкого из этих крошечных образцов ткани, пока их количество не стало достаточно многочисленным. Когда они вводили клетки внутривенно мышам, они обнаружили, что большинство клеток концентрируются в легких животных.
Во втором исследовании авторы сначала индуцировали состояние фиброзивного альвеолита у крыс, которое напоминало то же состояние у человека. Затем исследователи ввели новые культивируемые сфероидные клетки одной группе крыс. Изучая эту группу животных и другую, получавшую плацебо, ученые заметили, что у животных из первой группы клетки легких оказались более здоровыми, в них было значительно меньше воспаления. Кроме того, лечение было безопасным и эффективным, независимо от того, были ли сфероидные клетки легкого получены из собственных легких реципиентов или нет. Другими словами, даже если донорские стволовые клетки были «чужими», они не вызывали вредной иммунной реакции у реципиентных животных, как это обычно бывает с пересаженной тканью.
Ученые ожидают, что при терапевтическом применении у людей такие клетки первоначально будут получены от самого пациента, чтобы свести к минимуму риск иммунодефицита. В конечном счете, однако, чтобы получить достаточное их количество для широкого клинического использования, врачи могут собирать клетки у здоровых добровольцев, а также из легких, полученных из сетей донорства органов. Стволовые клетки впоследствии могут быть использованы для пациентов, которые являются или соответствуют иммунологически реципиентам, почти таким же образом, как это обычно бывает при пересадке органов.
В итоге авторы надеются создать универсальный банк доноров клеток. В настоящее время команда планирует начать исследование сфероидных клеток легкого в небольшой группе пациентов с фиброзивным альвеолитом и ожидает одобрения FDA. В конечном счете, ученые надеются, что их легочная терапия стволовыми клетками также поможет пациентам с другими состояниями легких, включая ХОБЛ, муковисцидоз и фибро-кавернозный туберкулез легких.

Источник: Stem Cells Translational Medicine

Диагностика и изучение ХОБЛ

Ученые разработали новую виртуальную модель функции легких у мышей, которая показывает относительную важность различных факторов, которые способствуют изменениям в легких, сопровождающим хроническое воспаление.
Хроническое воспаление, которое часто встречается у людей с хронической обструктивной болезнью легких (ХОБЛ), и старение изменяют структуру и функцию легких. Дыхательный импеданс — мера потока воздуха и давления в горле — может использоваться для моделирования и оценки общей функции легких. Однако этот подход не может отличить относительное воздействие конкретных изменений, таких как разрушение альвеол и изменение размеров дыхательных путей.
В поисках более детального подхода ученые исследовали ткань легких и их функционирование у здоровых мышей, а также у мышей, которые были генетически модифицированы для имитации условий, наблюдаемых у людей с эмфиземой. Затем они использовали эти экспериментальные данные для создания новой модели, которая имитирует изменения в функции легких у мышей, о чем свидетельствует дыхательный импеданс.
Исследователи использовали модель для сравнения относительного влияния на функцию легких нескольких факторов, связанных с хроническим воспалительным заболеванием. К ним относятся разрушение тканей легкого, изменения плотности эластичных волоконных структур, которые помогают в растяжении и сжатии стенок легких во время дыхания, а также изменения, при которых повышенное давление удерживает открытые области легкого, которые могли бы в противном случае разрушаться.
Результаты моделирования показали, что изменения в основном отвечали за наблюдаемое снижение функции легких, связанное с хроническим воспалительным заболеванием у мышей. Это согласуется с предыдущими предположениями о том, что повреждение тканей и потеря структуры легких оказывают наибольшее влияние.
Разработанная модель предлагает новый подход для изучения того, как патологические процессы изменяют функцию легких. Наиболее интересным аспектом этого исследования, по мнению авторов, является то, что, проводя эти анализы, можно определить, что произошло с легочной тканью, просто измеряя поток воздуха и давление в горле.
Дальнейшая работа будет необходима для доработки новой модели и определения того, как результаты могут быть применимы к людям. Тем не менее, это открывает новые пути для исследований. Следующие шаги этого исследования – непосредственная проверка того, насколько хорошо модель может предсказать эффекты терапевтического вмешательства.

Источник: PLOS Computational Biology