Πιο κοντά στον «τέλειο» πνεύμονα εργαστηρίου

Ομάδα του Πανεπιστημίου Κολούμπια δημιούργησε για πρώτη φορά πνεύμονα στο εργαστήριο που φέρει πλήρη, λειτουργική αγγείωση

Οι παθήσεις των πνευμόνων αποτελούν έναν από τους μεγαλύτερους εχθρούς της υγείας του παγκόσμιου πληθυσμού καθώς και μια από τις σημαντικότερες αιτίες θανάτου.
Για τον λόγο αυτόν και πολλοί επιστήμονες ανά τον κόσμο αναζητούν τρόπους τόσο σε ό,τι αφορά τη βελτίωση των μεθόδων «επιδιόρθωσης» των πνευμόνων όσο και σε ό,τι αφορά την αύξηση των μοσχευμάτων πνεύμονα.
Ωστόσο οι προσπάθειες αυτές «σκοντάφτουν» στην πολυπλοκότητα του συγκεκριμένου οργάνου - ο πνεύμονας αποτελείται από περισσότερους από 40 διαφορετικούς κυτταρικούς τύπους ενώ αποτελεί ένα όργανο με άκρως περίπλοκη αγγείωση.
Ετσι τα μέχρι σήμερα πειράματα δημιουργίας στο εργαστήριο λειτουργικών πνευμόνων με χρήση συνθετικών εκμαγείων ή «καλουπιών» που έχουν απογυμνωθεί πλήρως από τα κύτταρά τους έχουν στεφθεί με μεγάλη… αποτυχία.

Λειτουργικός πνεύμονας με αγγείωση 
Μια ομάδα Εμβιομηχανικής του Πανεπιστημίου Κολούμπια είναι η πρώτη που κατάφερε, όπως αναφέρει σε πρόσφατη δημοσίευσή της στην επιθεώρηση «Science Advances», να δημιουργήσει στο εργαστήριο έναν λειτουργικό πνεύμονα με πλήρη, υγιή αγγείωση σε μοντέλο τρωκτικού.
Η προσέγγιση της ομάδας επιτρέπει την αφαίρεση του επιθηλίου των πνευμόνων, διατηρώντας όμως την ίδια στιγμή τη λειτουργία του αγγειακού δικτύου του οργάνου.

Τα τελευταία επτά έτη, διαφορετικές ερευνητικές ομάδες έχουν καταφέρει να απογυμνώσουν πλήρως πνεύμονες από τα κύτταρά τους δημιουργώντας έτσι καλούπια του οργάνου που είναι έτοιμα να δεχθούν νέα, υγιή κύτταρα.
Το «επαναχτίσιμο» όμως ενός λειτουργικού πνεύμονα απαιτεί αναγέννηση τόσο των επιθηλιακών επιφανειών των αεραγωγών όσο και του ενδοθηλίου των αγγείων του. Μέχρι στιγμής ωστόσο η δημιουργία μέσω της εμβιομηχανικής ενός ολοκληρωμένου αγγειακού δικτύου το οποίο είναι ζωτικής σημασίας για τη λειτουργία του πνεύμονα έχει αποδειχθεί τεράστια πρόκληση για τους επιστήμονες.

Η ομάδα από το Κολούμπια φαίνεται να βρήκε τη λύση στην πρόκληση.«Αναπτύξαμε μια ριζικά νέα προσέγγιση σε ό,τι αφορά τη δημιουργία πνεύμονα στο εργαστήριο» αναφέρει η επικεφαλής της Γκορντάνα Βαντσέκ-Νοβάκοβιτς, καθηγήτρια Μηχανικής και Ιατρικών Επιστημών του Πανεπιστημίου Κολούμπια, εκ των πρωτοπόρων παγκοσμίως στη Μηχανική Ιστών, η οποία διευθύνει και το Εργαστήριο Βλαστικών Κυττάρων και Μηχανικής Ιστών του Πανεπιστήμιου.
Η καθηγήτρια εξηγεί ότι «θεωρήσαμε εξαρχής πως ένα ιδανικό εκμαγείο πνεύμονα χρειάζεται απαραιτήτως υγιή, διάχυτη αγγείωση.
Ετσι αναπτύξαμε μια μέθοδο με την οποία διατηρείται πλήρως η λειτουργική αγγείωση των πνευμόνων ενώ απομακρύνονται τα "ελαττωματικά" επιθήλια των αεραγωγών, τα οποία αντικαθίστανται από υγιή θεραπευτικά κύτταρα. Αυτή η ικανότητα να θεραπεύουμε επιλεκτικά το επιθήλιο των πνευμόνων είναι πολύ σημαντική με δεδομένο ότι οι περισσότερες πνευμονικές παθήσεις πλήττουν το επιθήλιο».

Πώς λειτουργεί η τεχνική
Οι προηγούμενες τεχνικές αποκυτταροποίησης ολόκληρου του πνεύμονα είχαν σχεδιαστεί ώστε να αφαιρούνται όλα τα κύτταρα από το όργανο με αποτέλεσμα να προκύπτει ένα γυμνό «καλούπι».
Οι ερευνητές από το Κολούμπια ανακάλυψαν όμως μια μέθοδο ώστε να δημιουργούνται μοσχεύματα πνευμόνων με λειτουργικό αγγειακό σύστημα.
Τα όργανα απογυμνώνονται από το επιθήλιο αλλά διατηρούν την αγγείωσή τους καθώς και άλλους υποστηρικτικούς κυτταρικούς τύπους, όπως είναι οι ινοβλάστες, τα μυϊκά κύτταρα, τα χονδροκύτταρα και τα περικύτταρα (κύτταρα που περιβάλλουν τα αιμοφόρα αγγεία).
Γίνεται καθετηριασμός στους πνεύμονες τρωκτικού καθώς και διάχυση αερίων με χρήση ενός συστήματος διάχυσης εκτός του σώματος που μοιάζει με τη συσκευή εξωσωματικής οξυγόνωσης (ECMO) η οποία χρησιμοποιείται για την υποστήριξη ασθενών με καρδιαγγειακή και αναπνευστική ανεπάρκεια.
Στη συνέχεια μέσω της τραχείας χορηγείται ένα ήπιο «απορρυπαντικό» διάλυμα, το οποίο αφαιρεί αποκλειστικώς τα επιθηλιακά κύτταρα ενώ την ίδια στιγμή η αγγείωση του οργάνου προστατεύεται μέσω της κυκλοφορίας ενός εκχύματος που περιέχει ηλεκτρολύτες.
Ετσι το «καλούπι» του πνεύμονα διατηρεί την αρχιτεκτονική των βρόγχων και των αγγείων του ενώ παράλληλα υποστηρίζεται η πρόσδεση και η ανάπτυξη ανθρώπινων ενηλίκων πνευμονικών κυττάρων αλλά και κυττάρων του πνεύμονα που έχουν προκύψει από βλαστικά κύτταρα.

«Καθημερινά βλέπω παιδιά στις Μονάδες Εντατικής Θεραπείας με σοβαρές πνευμονοπάθειες τα οποία ζουν μόνο με μηχανική υποστήριξη των πνευμόνων. Η προσέγγισή μας μπορεί να οδηγήσει σε εντελώς νέες θεραπευτικές οδούς για αυτούς τους ασθενείς καθώς είναι σχεδιασμένη να αναγεννά τους πνεύμονες θεραπεύοντας το επιθήλιό τους που έχει υποστεί βλάβη» σημειώνει ο Βαλέριο Ντορέλο, επίκουρος καθηγητής Παιδιατρικής στο Ιατρικό Κέντρο του Πανεπιστημίου Κολούμπια που ήταν και ο κύριος συγγραφέας της νέας μελέτης.

Λύση στην έλλειψη μοσχευμάτων
«Οι στρατηγικές που στοχεύουν στο να αυξήσουν τον αριθμό μοσχευμάτων πνευμόνων μπορούν να έχουν άμεση και βαθιά επίδραση» αναφέρει από την πλευρά του ο Μάθιου Μπακέτα, αναπληρωτής καθηγητής Χειρουργικής στο Ιατρικό Κέντρο του Πανεπιστημίου Κολούμπια που ήταν εκ των συγγραφέων της μελέτης. «Η μεταμόσχευση πνεύμονα είναι η μόνη οριστική θεραπεία που διαθέτουμε για ασθενείς με πνευμονοπάθειες τελικού σταδίου, ωστόσο υπάρχει μεγάλη έλλειψη μοσχευμάτων - μόνο το 20% των πιθανών μοσχευμάτων πνεύμονα έχουν τις προδιαγραφές για μεταμόσχευση, γεγονός που οδηγεί σε πολλούς θανάτους σε λίστες αναμονής οι οποίοι θα μπορούσαν να είχαν αποφευχθεί.
Επιπροσθέτως η πρώιμη παρέμβαση με γονιδιακές και κυτταρικές θεραπείες μπορεί να προσφέρει ακόμη μεγαλύτερα οφέλη, προάγοντας την αναγέννηση των πνευμόνων.
Ετσι θα επιβραδύνεται σε κάποιους ασθενείς η εξέλιξη της νόσου τους και τελικώς θα αποφεύγεται η ανάγκη μεταμόσχευσης.
Η προσέγγισή μας μπορεί επίσης να αποτελέσει μέσο ώστε ο πνεύμονας του δότη να βρίσκεται σε καλύτερη κατάσταση για μεταμόσχευση.
Ως χειρουργός του πεδίου των μεταμοσχεύσεων είμαι ενθουσιασμένος με τη δυναμική της νέας τεχνικής». 

Η ερευνητική ομάδα χρησιμοποιεί ήδη το μοντέλο που δημιούργησε για τη θεραπεία ανθρώπινων πνευμόνων ex vivo αλλά και για την περαιτέρω μελέτη της ανάπτυξης του πνεύμονα και της «επιδιόρθωσής» του. «Είναι ένα τεράστιο βήμα μπροστά στο πεδίο της δημιουργίας πνεύμονα στο εργαστήριο» τονίζει η δρ Βαντσέκ-Νοβάκοβιτς. «Η δημιουργία ολόκληρων πνευμόνων από τους οποίους έχει αφαιρεθεί το επιθήλιο αλλά διαθέτουν λειτουργικό αγγειακό σύστημα μπορεί να ανοίξει νέους δρόμους στην αναγεννητική ιατρική» καταλήγει.
tovima.gr