Tissue Engineering-Ansätze zur Behandlung von COPD

Die chronisch obstruktive Lungenerkrankung (COPD) gilt derzeit als dritthäufigste Todesursache mit jährlichen weltweiten Gesundheitskosten von 1,3 Billionen Pfund (1). Es ist die zweithäufigste Ursache für Notfalleinweisungen ins Krankenhaus mit hoher Morbidität und Mortalität. COPD führt zu einem fortschreitenden Verlust der Lungenfunktion, was zu Atemversagen führt. Dieser Verlust der Lungenfunktion ist mit sich wiederholenden Entzündungszyklen und parenchymalen Narbenbildung verbunden, die zur Entwicklung eines Emphysems führen. Dies ist eine Folge des Zusammenbruchs der empfindlichen Parenchymstrukturen und des Umbaus der Lunge mit der Ansammlung von fibrösem Gewebe und dem Verlust der Alveolar-Kapillar-Funktionseinheiten, die für einen effektiven Gasaustausch unerlässlich sind. Makroskopisch werden die Lungen steifer und können den Patienten nicht mehr bei den physiologischen Ein-/Ausatmungszyklen unterstützen (2).

Das Vorhandensein eines Emphysems führt auch zum Verlust der elastischen Rückfederung der Lunge, da sich anstelle beschädigter Bronchiolen und Alveolen Lufteinschlüsse bilden, die das verfügbare Volumen für die nächste Inhalation verringern. Der Kollaps der Atemwege beim Ausatmen führt zu einem erhöhten Lungenvolumen, was zu einer Hyperinflation und Gaseinschlüssen führt. Die Patienten entwickeln zunehmend Symptome mit zunehmender Atemnot, verringerter Belastungstoleranz und schlechterer Lebensqualität.

Die pharmakologischen Behandlungsmöglichkeiten eines Emphysems sind begrenzt; Die derzeitige Therapie zielt darauf ab, die Einschränkung des Luftstroms zu verbessern, Entzündungen der Atemwege zu reduzieren und Exazerbationen zu reduzieren, kann jedoch Lungenschäden nicht rückgängig machen (3). Für eine ausgewählte Minderheit von Patienten mit schwerem Emphysem stehen Lungentransplantationen und Lungenvolumenreduktionsoperationen (LVRS) zur Verfügung. Die kürzliche Einführung der nicht-invasiven endoskopischen mechanischen Behandlung mit Ventilen reduziert das stark geschädigte Lungenvolumen und leitet die Luft in das gesündere Gewebe um, während Spulen den elastischen Lungenrückstoß verbessern (4, 5). Diese Eingriffe verbessern jedoch nicht das Überleben.

Frühere Arbeiten in unseren Labors haben ergeben, dass Konstrukte auf Hydrogel-/Elastinbasis mechanische Werte erreichen können, die denen der Alveolarwand entsprechen, wenn sie mit Lungenfibroblasten besiedelt werden (1). Dies wirft die interessante Frage auf, ob durch Gewebezüchtung hergestellte Konstrukte (TEC) zur Wiederherstellung der mechanischen Integrität der emphysematösen Lunge durch Lufttaschenverdrängung und lokale Integration und letztendlich durch Regeneration der lokalen Lungenarchitektur verwendet werden könnten.

In Verbindung mit der oben beschriebenen Arbeit trug eine aktuelle Beobachtung dazu bei, den Mechanismus hinter der zuvor missverstandenen, aber physiologisch kritischen Fähigkeit des Lungengewebes, sich nach einer akuten Erkrankung wie einer Lungenentzündung oder einem akuten Atemnotsyndrom zu regenerieren, näher zu beschreiben (6). Der Schlüssel scheint in einer Population distaler Atemwegsstammzellen zu liegen, die Trp63 (p63) und Keratin 5 (Krt5) koexprimieren. Diese DASCp63/Krt5-Zellen scheinen zu Verletzungsstellen in der Lunge zu wandern, wo sie Differenzierungskapazität gezeigt haben, einschließlich Abstammungslinien wie Typ-I- und II-Pneumozyten und bronchiolären sekretorischen Zellen. Für unser Verständnis chronischer Lungenerkrankungen und die Entwicklung zukünftiger zellbasierter Therapien ist es von entscheidender Bedeutung, ob diese Zellen im erkrankten Lungengewebe vorhanden und ruhend bleiben oder durch noch unbekannte Mechanismen verloren gehen.