Podejścia inżynierii tkankowej do leczenia POChP

Przewlekła obturacyjna choroba płuc (POChP) jest obecnie uznawana za trzecią najczęstszą przyczynę zgonów, a jej roczne globalne koszty opieki zdrowotnej wynoszą 1,3 biliona funtów (1). Jest to druga najczęstsza przyczyna przyjęć do szpitali w nagłych wypadkach z wysoką chorobowością i śmiertelnością. POChP powoduje postępującą utratę czynności płuc, prowadząc do niewydolności oddechowej. Ta utrata funkcji płuc jest związana z powtarzającymi się cyklami zapalenia i bliznowacenia miąższu, co prowadzi do rozwoju rozedmy płuc. Jest to konsekwencją rozpadu delikatnych struktur miąższowych i przebudowy płuc, z nagromadzeniem tkanki włóknistej i utratą jednostek funkcjonalnych pęcherzykowo-włośniczkowych, które są niezbędne do efektywnej wymiany gazowej. Makroskopowo płuca stają się sztywniejsze i nie są w stanie utrzymać pacjenta podczas fizjologicznych cykli oddychania wdech/wydech (2).

Obecność rozedmy powoduje również utratę elastyczności płuc, ponieważ w miejscu uszkodzonych oskrzelików i pęcherzyków tworzą się kieszenie powietrza, zmniejszając objętość dostępną do następnej inhalacji. Zapadnięcie się dróg oddechowych podczas wydechu prowadzi do zwiększenia objętości płuc, powodując hiperinflację i uwięzienie gazu. Pacjenci stają się stopniowo objawami z narastającą dusznością, zmniejszoną tolerancją wysiłku i gorszą jakością życia.

Możliwości leczenia farmakologicznego rozedmy płuc są ograniczone; obecna terapia ma na celu poprawę ograniczenia przepływu powietrza przez drogi oddechowe, zmniejszenie stanu zapalnego dróg oddechowych i zmniejszenie liczby zaostrzeń, ale nie odwraca uszkodzenia płuc (3). Przeszczep płuc i operacja zmniejszenia objętości płuc (LVRS) są dostępne dla wybranej mniejszości pacjentów z ciężką rozedmą płuc. Niedawne wprowadzenie nieinwazyjnego endoskopowego leczenia mechanicznego za pomocą zastawek zmniejsza poważnie uszkodzoną objętość płuc i przekierowuje powietrze do zdrowszej tkanki, podczas gdy cewki poprawiają elastyczny odrzut płuc (4, 5). Te interwencje nie poprawiają jednak przeżywalności.

Wcześniejsze prace przeprowadzone w naszych laboratoriach wykazały, że konstrukty na bazie hydrożelu/elastyny ​​mogą osiągnąć wartości mechaniczne zgodne z wartościami ściany pęcherzyków płucnych po zaszczepieniu fibroblastami płuc (1). Rodzi to intrygujące pytanie, czy konstrukty inżynierii tkankowej (TEC) można wykorzystać do przywrócenia mechanicznej integralności rozedmowego płuca poprzez przemieszczenie kieszeni powietrznej i lokalną integrację, a ostatecznie przez regenerację lokalnej architektury płuc.

W połączeniu z pracą opisaną powyżej, niedawne obserwacje pomogły w pewnym stopniu uszczegółowić mechanizm stojący za wcześniej niezrozumiałą, ale fizjologicznie krytyczną zdolnością tkanki płucnej do regeneracji w następstwie ostrej choroby, takiej jak zapalenie płuc lub zespół ostrej niewydolności oddechowej (6). Klucz wydaje się leżeć w populacji komórek macierzystych dystalnych dróg oddechowych, które koeksprymują Trp63 (p63) i keratynę 5 (Krt5). Wydaje się, że te komórki DASCp63/Krt5 migrują do miejsc urazu w płucach, gdzie wykazały zdolność różnicowania, w tym linii, takich jak pneumocyty typu I i II oraz komórki wydzielnicze oskrzelików. Kluczowe znaczenie dla naszego zrozumienia przewlekłych chorób płuc i projektowania przyszłych terapii komórkowych ma to, czy komórki te pozostaną obecne i uśpione w chorej tkance płucnej, czy też zostaną utracone w wyniku nieznanych jeszcze mechanizmów.