Badacze odkrywają przyczynę skurczów płuc u astmatyków
Dzięki stworzeniu mikrourządzenia, które naśladuje funkcjonowanie płuc na poziomie pojedynczych komórek, naukowcy z Rutgers, Yale i Johns Hopkins dowiedzieli się więcej o reakcji wyzwalającej astmę, co prowadzi do lepszego leczenia
Badacze z Rutgers i innych instytucji odkryli, w jaki sposób dochodzi do skurczu mięśni (bronchospazmu) w drogach oddechowych, które powodują trudności w oddychaniu u osób z astmą, poprzez stworzenie mikrourządzenia, które naśladuje zachowanie ludzkich dróg oddechowych.
Badanie, opublikowane w czasopiśmie Nature Biomedical Engineering, może doprowadzić do nowych strategii leczenia chorób układu oddechowego, powiedział współautor Reynold Panettieri, dyrektor Rutgers Institute for Translational Medicine and Science.
Skurcz oskrzeli może wystąpić zarówno u zdrowych ludzi, jak i u tych, którzy cierpią na poważne choroby układu oddechowego, takie jak astma lub przewlekła obturacyjna choroba płuc (POChP). Badanie, dlaczego mięśnie gładkie otaczające oskrzela dróg oddechowych mogą się nagle skurczyć i doprowadzić do trudności w oddychaniu, jest trudne ze względu na złożoność skurczu oskrzeli i fakt, że ludzkiego układu oddechowego nie można modelować w badaniach na zwierzętach.
Aby przeanalizować biochemiczne i mechaniczne sygnały, które występują między komórkami podczas skurczów, naukowcy stworzyli mikrourządzenie – „oskrzela na chipie” o wielkości jednej tysięcznej ludzkiego włosa – zawierające komórki ze zdrowych i astmatycznych płuc, które naśladuje funkcję płuc na poziomie pojedynczych komórek.
Gdy wywołali symulowany skurcz oskrzeli na urządzeniu, badacze odkryli, że początkowy skurcz pobudza wydzielanie hormonopodobnych związków, które albo mogą wywołać dodatkowe zwężenie, albo rozluźnić skurcz. U osób z astmą, mięśnie gładkie otaczające drogi oddechowe są bardziej reaktywne i łatwiej kurczą się w odpowiedzi na bodźce takie jak alergeny, co prowadzi do przedłużonych skurczów oskrzeli, świszczącego oddechu i duszności.
Znaleźli również, że wywołanie drugiego astmatycznego wyzwalacza podczas skurczu oskrzeli w dokładnym czasie faktycznie spowoduje rozluźnienie mięśni gładkich i zatrzymanie skurczu.
Leczenia bronchospamu nie zmieniły się w ciągu ostatnich 50 lat, Panettieri powiedział, ponieważ działają one dla większości – ale nie dla wszystkich – ludzi. „Mikrourządzenie pozwoliło nam wwiercić się w to, jak pojedyncze komórki oddziałują ze sobą w odniesieniu do skurczu mięśni gładkich w różnych chorobach płuc”, powiedział Panettieri. „Możliwość badania mechaniki na poziomie pojedynczych komórek i jednoczesnego oglądania tysięcy komórek może być ważnym narzędziem przesiewowym do opracowywania nowych leków dla osób z astmą, które nie reagują na obecne leczenie.”
Badaniem kierował Steven An, dyrektor bioinżynierii w Rutgers Institute for Translational Medicine and Science i profesor farmakologii w Rutgers Robert Wood Johnson Medical School, oraz badacze z Yale University’s Yale Systems Biology Institute i Johns Hopkins University.
.