Подходы тканевой инженерии к лечению ХОБЛ

Хроническая обструктивная болезнь легких (ХОБЛ) в настоящее время занимает третье место среди основных причин смерти с ежегодными связанными с ней глобальными расходами на здравоохранение в размере 1,3 трлн фунтов стерлингов (1). Это вторая по распространенности причина экстренной госпитализации с высокой заболеваемостью и смертностью. ХОБЛ приводит к прогрессирующей потере функции легких, что приводит к дыхательной недостаточности. Эта потеря функции легких связана с повторяющимися циклами воспаления и рубцевания паренхимы, что приводит к развитию эмфиземы. Это является следствием разрушения тонких паренхиматозных структур и ремоделирования легких с накоплением фиброзной ткани и потерей альвеолярно-капиллярных функциональных единиц, необходимых для эффективного газообмена. Макроскопически легкие становятся более жесткими и неспособными поддерживать физиологические циклы дыхания вдох/выдох (2).

Наличие эмфиземы также приводит к потере эластической отдачи легких, поскольку на месте поврежденных бронхиол и альвеол образуются воздушные карманы, уменьшающие доступный объем для следующего вдоха. Коллапс дыхательных путей во время выдоха приводит к увеличению объема легких, вызывая гиперинфляцию и газовые ловушки. У пациентов постепенно появляются симптомы с нарастающей одышкой, снижением толерантности к физической нагрузке и ухудшением качества жизни.

Варианты фармакологического лечения эмфиземы ограничены; текущая терапия направлена ​​на улучшение ограничения воздушного потока, уменьшение воспаления дыхательных путей и снижение частоты обострений, но не устраняет повреждение легких (3). Трансплантация легких и операция по уменьшению объема легких (LVRS) доступны для избранного меньшинства пациентов с тяжелой эмфиземой. Недавнее внедрение неинвазивного эндоскопического механического лечения с помощью клапанов уменьшает сильно поврежденный объем легких и перенаправляет воздух к более здоровым тканям, в то время как катушки улучшают эластичность легких (4, 5). Однако эти вмешательства не улучшают выживаемость.

Предыдущая работа, проведенная в наших лабораториях, показала, что конструкции на основе гидрогеля/эластина могут достигать механических значений, соответствующих характеристикам альвеолярной стенки, при засеве легочными фибробластами (1). Это поднимает интригующий вопрос о том, могут ли тканеинженерные конструкции (TEC) использоваться для восстановления механической целостности эмфизематозного легкого путем смещения воздушного кармана и локальной интеграции и, в конечном итоге, путем регенерации локальной архитектуры легких.

В сочетании с работой, описанной выше, недавнее наблюдение в некоторой степени позволило детализировать механизм, лежащий в основе ранее неправильно истолкованной, но физиологически важной способности легочной ткани к регенерации после острого заболевания, такого как пневмония или острый респираторный дистресс-синдром (6). Ключ, по-видимому, лежит в популяции стволовых клеток дистальных отделов дыхательных путей, коэкспрессирующих Trp63 (p63) и Keratin 5 (Krt5). Эти клетки DASCp63/Krt5, по-видимому, мигрируют в места повреждения легких, где они продемонстрировали способность к дифференцировке, включая такие линии, как пневмоциты типа I и II и бронхиолярные секреторные клетки. Это имеет решающее значение для нашего понимания хронических заболеваний легких и разработки будущих клеточных методов лечения, независимо от того, остаются ли эти клетки бездействующими в пораженной ткани легких или теряются в результате неизвестных пока механизмов.