提高天然的细胞过程以保护肺部免受呼吸机诱导的损伤

医院呼吸机

研究表明,促进自然的细胞过程可以减少损伤

一个不幸的事实是,使用机械通气来挽救呼吸窘迫患者的生命,用于肺充气的压力可能会导致肺进一步损伤。

在一项新的研究中,科学家们鉴定了一种由免疫细胞在机械通气过程中产生的分子,以试图降低炎症,但不能完全防止呼吸机引起的肺部损伤。

研究小组正致力于利用这一自然过程,寻求一种能够降低使用呼吸机患者肺损伤几率的疗法。在机械通气的小鼠中,用纳米颗粒输送高水平的有益分子可以有效阻止与呼吸机相关的肺损伤。

“我们的数据表明,肺知道他们不应该过于膨胀的这样,免疫系统并全力试图修复它,但不幸的是这是不够的,”约书亚a Englert博士说,助理教授肺,急救护理,瓦克斯纳俄亥俄州立大学医学中心睡眠医学和研究的联合作者。“我们如何利用这种反应,利用自然的反应,并增强这种反应?”这就引出了这项研究的治疗目标。”

该工作在俄亥俄州俄亥俄州俄亥俄州州立大学议员萨米尔Ghadiali,俄亥俄州生物医学工程教授和主席的调查结果,研究了机械通气期间产生的物理力量激活炎症信号并导致肺损伤。

Ghadiali说,在可以减少对肺部造成伤害的工程通风系统中的其他实验室的努力没有淘汰。

他说:“我们还没有找到在临床环境中完全消除损伤性机械力的通气方法。”“另一种选择是使用一种药物来减少机械压力引起的损伤和炎症。”

该研究于今天(1月12日)发表于此自然通讯

虽然对人类的治疗是多年的,但在更多的患者比以往任何时候都需要机械通风,虽然需要机械通气:急性呼吸窘迫综合征(ARDS)的病例因持续而飙升新型冠状病毒肺炎大流行。急性呼吸窘迫综合征(ARDS)是最常见的导致呼吸衰竭的原因之一,它会导致患者使用呼吸机。

“在COVID - 19之前,美国每年有数十万例ARDS病例,其中大多数需要机械通气。但在过去的一年里,共有2100万COVID-19患者处于危险之中,”治疗重症监护室患者的医生恩格勒特说。

对通风的免疫反应和随之而来的炎症可以增加患者肺部的流体堆积和低氧水平,这些肺部已经生病了,以至于它们需要生命支持。

响应机械通气响应于机械通气而减少炎症的分子称为MicroRNA-146a(miR-146a)。microRNA是小部分RNA.这抑制了基因的蛋白质生成功能——在这种情况下,关闭了促进炎症的蛋白质的生成。

研究人员发现,肺部的一种叫做肺泡巨噬细胞的免疫细胞,其作用是保护肺部免受感染,当它们暴露在模拟机械通气的压力下时,就会激活miR-146a。这一行为使miR-146a成为机体固有或立即发起的免疫反应的一部分,开始对抗它所认为的感染——机械通气。

“这意味着免疫系统的一种先天调节因子会被机械压力激活。这让我觉得它存在是有原因的。”Ghadiali说。他说,这是为了帮助平息产生microRNA的免疫反应的炎症本质。

研究团队证实了肺泡巨噬细胞中的miR-146a水平的中等增加,在来自供体肺部的细胞的一系列测试中,所述供体肺部暴露于机械压力和小鼠的微型通风机。基因改性小鼠的肺部缺乏小鼠的肺部受到正常小鼠的肺部的肺部损坏 - 指向MiR-146A在机械呼吸辅助期间肺部的保护作用。最后,研究人员检查了ICU呼吸机肺液的细胞,并发现其免疫细胞中的miR-146a水平也增加。

问题:正常情况下miR-146a的表达水平不足以阻止长时间通气导致的肺损伤。

预期的治疗方法是将更高水平的miR-146a直接引入肺部,以防止可能导致损伤的炎症。当miR-146a在暴露于机械压力的细胞中过表达时,炎症就会减少。

为了在使用呼吸机的老鼠身上测试这种治疗方法,研究小组将含有miR-146a的纳米颗粒直接注入老鼠的肺中,这导致分子增加了1万倍,从而减少炎症并保持氧气水平正常。在接受“安慰剂”纳米颗粒的通风小鼠的肺中,miR-146a的增加是适度的,几乎没有起到保护作用。

在此基础上,该团队正在测试操纵miR-146a水平对其他类型细胞的影响——这些功能可能会有显著差异,这取决于每种细胞类型的工作。

“在我的脑海中,下一步正在展示如何使用这项技术作为针对最需要它的细胞的精密工具,”Ghadiali说。

参考:2021年1月12日,自然通讯
DOI:10.1038 / S41467-020-20449-W

The collaborative work by researchers in engineering, pulmonary medicine and drug delivery was conducted at Ohio State’s Davis Heart and Lung Research Institute (DHLRI), where Englert and Ghadiali have labs and teamed with Ohio State graduate students and co-first authors Christopher Bobba from the MD/PhD training program and Qinqin Fei from the College of Pharmacy to lead the studies.

其他俄亥俄州立大学的合著者包括DHLRI的调查员Vasudha Shukla, Hyunwook Lee, Pragi Patel, Mark Wewers, John Christman和Megan Ballinger;医学院的Carleen Spitzer和MuChun Tsai;和药学院的罗伯特·李。波士顿布里格姆妇女医院的Rachel Putman也参与了这项研究。

这项研究得到了国家卫生研究院和国防部的资助,以及俄亥俄州立大学总统奖学金的支持。

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