2010年7月26日

更换肺

肺血管图像 血管保留在脱细胞的肺基质中。Petersen等,《科学》。

紧随向肝移植替代物的进展,研究人员已经为大鼠制造了可移植的肺移植物。这一成就可以为人类工程肺的发展铺平道路。

肺的再生能力有限。目前,严重受损的肺部的主要治疗方法是肺移植-手术切除肺部,并用已故供者的健康肺部替代。但是,肺移植受到可用的供体器官数量少的限制-每年不超过1,000个。

为了获得成功,人造肺将需要保留肺气道的复杂分支几何形状。它还需要一个大型的小血管网络,以在整个结构中运输氧气和营养。脱细胞化(从结构中去除细胞但保留原始组织结构的支架的过程)已在包括心脏和肝脏在内的其他器官中取得了一定的成功。由耶鲁大学的劳拉·尼克拉森(Laura Niklason)博士领导的一组研究人员着眼于这一最新进展,并开发了一种类似的肺部治疗方法。他们的工作得到了美国国立卫生研究院国家心脏,肺和血液研究所(NHLBI)和国家普通医学科学研究所(NIGMS)的支持。

研究人员从成年大鼠那里收获了肺。如早期在线版的报道,用温和的清洁剂溶液处理肺2到3个小时,可去除细胞,但保持肺结构完整。 科学 于2010年6月24日进行了仔细的分析,结果显示,残留的蛋白质基质保留了肺的形状。

为了研究它们是否可以在细胞中重新填充基质并改造功能正常的肺,研究人员将内皮细胞注射到血管中,并将上皮细胞注射到气道中。他们在新型生物反应器中将基质保存了长达8天,该反应器旨在模拟肺的压力变化和通气。研究人员发现,这些细胞在适当的位置重新播种了基质表面。这一发现表明,脱细胞基质维持了细胞附着和生长的线索。

研究人员在短时间间隔(45-120分钟)内对大鼠的工程肺进行了测试,结果发现肺向空气中充气,只有少量的空气渗入气道。最重要的是,肺部像自然肺部一样成功地交换了氧气和二氧化碳。

为了了解他们的方法是否可能适用于人体组织,研究人员从组织库获取了人体肺节段。他们能够使组织脱细胞,同时保留其结构。然后,他们用上皮细胞和内皮细胞重新接种基质,发现它们粘附在适当的位置。这一结果支持了这种方法对人类肺组织有希望的想法。

“我们成功地在大鼠模型中设计了一种可植入的肺部,该肺部可以有效地交换氧气和二氧化碳,并可以使血液中的血红蛋白氧化。这是大型动物乃至人类整个肺部再生的早期步骤, ”尼克拉森说。她指出,可能需要对成年干细胞进行多年研究,以开发出重新填充肺基质并为人们生产功能齐全的肺的方法。

—哈里森·温(Harrison Wein)博士

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