Tutkijat löysivät astmaattisten keuhkokouristusten syyn
Luomalla mikrolaitteen, joka jäljittelee keuhkojen toimintaa yhden solun tasolla, Rutgersin yliopiston tutkijat, Yalen ja Johns Hopkinsin tutkijat ovat oppineet lisää astman laukaisuvasteesta, mikä johtaa parempaan hoitoon
Rutgersin ja muiden laitosten tutkijat ovat selvittäneet, miten hengitysteiden lihassupistukset (bronkospasmi), jotka aiheuttavat astmaa sairastaville hengitysvaikeuksia, syntyvät luomalla mikrolaitteen, joka jäljittelee ihmisen hengitysteiden käyttäytymistä.
Nature Biomedical Engineering -lehdessä julkaistu tutkimus voi johtaa uusiin hoitostrategioihin hengityselinsairauksia varten, sanoi toinen kirjoittaja Reynold Panettieri, Rutgersin translationaalisen lääketieteen ja tieteen instituutin johtaja.
Bronkkospasmia voi esiintyä sekä terveillä ihmisillä että niillä, jotka kärsivät vakavista hengityselinsairauksista, kuten astmasta tai kroonisesta obstruktiivisesta keuhkosairaudesta (COPD). Sen tutkiminen, miksi keuhkoputkien hengitysteitä ympäröivä sileä lihas voi yhtäkkiä supistua ja aiheuttaa hengitysvaikeuksia, on vaikeaa, koska bronkospasmi on monimutkainen ja koska ihmisen hengityselimiä ei voida mallintaa eläinkokeissa.
Analysoidakseen solujen välillä kouristusten aikana tapahtuvia biokemiallisia ja mekaanisia signaaleja tutkijat loivat terveistä ja astmaatikkojen keuhkoista peräisin olevia soluja sisältävän mikrolaitteen – ihmisen hiuksen tuhannesosan kokoisen ”keuhkoputkien sirun” – joka jäljittelee keuhkojen toimintaa yhden solun tasolla.
Kun he laukaisivat laitteessa simuloidun keuhkoputkien supistumisen, tutkijat havaitsivat, että alkuperäinen supistuminen saa aikaan sellaisten hormonien kaltaisten yhdisteiden erittymisen, jotka voivat joko aiheuttaa lisäsupistumisen tai rentouttaa kouristuksen. Astmaa sairastavilla ihmisillä hengitysteitä ympäröivä sileä lihas on reaktiivisempi ja supistuu helpommin vasteena ärsykkeisiin, kuten allergeeneihin, mikä johtaa pitkittyneisiin keuhkoputkien kouristuksiin, hengityksen vinkumiseen ja hengenahdistukseen.
Tutkijat havaitsivat myös, että toisen astman laukaisevan laukaisun aikaansaaminen keuhkoputkien kouristelun aikana täsmällisesti määritettynä ajankohtana saa sileän lihaksen itse asiassa relaksoitumaan ja pysäyttämään kouristuksen.
Pronkkospasmin hoidot eivät ole muuttuneet viimeisten 50 vuoden aikana, Panettieri sanoi, koska ne toimivat useimmilla – mutta eivät kaikilla – ihmisillä. ”Mikrolaitteen avulla pystyimme porautumaan siihen, miten yksittäiset solut ovat vuorovaikutuksessa keskenään suhteessa sileän lihaksen supistumiseen erilaisissa keuhkosairauksissa”, Panettieri sanoi. ”Mahdollisuus tutkia mekaniikkaa yksittäisen solun tasolla ja tarkastella tuhansia soluja samanaikaisesti voi olla tärkeä seulontatyökalu uusien lääkkeiden kehittämisessä astmaa sairastaville, jotka eivät reagoi nykyiseen hoitoon.”
Tutkimusta johti Steven An, Rutgers Institute for Translational Medicine and Science -instituutin biotekniikan johtaja ja Rutgers Robert Wood Johnson Medical Schoolin farmakologian professori, sekä tutkijoita Yalen yliopistosta Yalen systeemibiologian instituutista (Yale Systems Biology Institute of Yale Systems Biology Institute) ja Johns Hopkins -yliopistosta.[