Forskare upptäcker orsaken till astmatiska lungspasmer
Forskare vid Rutgers University har skapat en mikroapparat som efterliknar lungfunktionen på encellnivå, Yale och Johns Hopkins har lärt sig mer om astmatiska utlösande reaktioner, vilket kan leda till bättre behandling
Forskare vid Rutgers och andra institutioner har upptäckt hur muskelsammandragningar (bronkospasm) i luftvägarna, som orsakar andningssvårigheter hos personer med astma, uppstår genom att skapa en mikroapparat som efterliknar beteendet hos de mänskliga luftvägarna.
Studien, som publiceras i tidskriften Nature Biomedical Engineering, kan leda till nya behandlingsstrategier för luftvägssjukdomar, säger medförfattaren Reynold Panettieri, föreståndare för Rutgers Institute for Translational Medicine and Science.
Bronkospasm kan förekomma både hos friska människor och hos dem som lider av allvarliga luftvägssjukdomar, såsom astma eller kronisk obstruktiv lungsjukdom (COPD). Att studera varför den glatta muskulaturen som omger luftvägarna i bronkerna plötsligt kan dra ihop sig och leda till andningssvårigheter är svårt på grund av bronkospasmens komplexitet och det faktum att det mänskliga andningssystemet inte kan modelleras i djurstudier.
För att analysera de biokemiska och mekaniska signaler som uppstår mellan cellerna under spasmer skapade forskarna en mikroenhet – en ”bronkospasmometer på ett chip” som är en tusendel av storleken på ett mänskligt hårstrå – som innehåller celler från friska och astmatiska lungor och som efterliknar en lungas funktion på encellnivå.
När de utlöste en simulerad bronkospasm på apparaten upptäckte forskarna att den första sammandragningen föranleder utsöndring av hormonliknande föreningar som antingen kan framkalla en ytterligare sammandragning eller slappna av spasmen. Hos personer med astma är den glatta muskulaturen som omger luftvägarna mer reaktiv och drar ihop sig lättare som svar på stimuli som t.ex. allergener, vilket leder till förlängda bronkialspasmer, väsande andning och andnöd.
De upptäckte också att framkallande av en andra astmatisk utlösare under en bronkialspasm vid en exakt tidpunkt faktiskt leder till att den glatta muskulaturen slappnar av och stoppar spasmen.
Behandlingarna mot bronkospam har inte förändrats under de senaste 50 åren, sade Panettieri, eftersom de fungerar för de flesta – men inte alla – människor. ”Mikroapparaten gjorde det möjligt för oss att borra ner i hur enskilda celler interagerar med varandra i förhållande till sammandragning av glatt muskulatur i en rad olika lungsjukdomar”, sade Panettieri. ”Att kunna studera mekaniken på enstaka cellnivå och se tusentals celler samtidigt kan vara ett viktigt screeningverktyg för utveckling av nya läkemedel för personer med astma som inte svarar på nuvarande behandling.”
Studien leddes av Steven An, chef för bioteknik vid Rutgers Institute for Translational Medicine and Science och professor i farmakologi vid Rutgers Robert Wood Johnson Medical School, och forskare vid Yale University’s Yale Systems Biology Institute och Johns Hopkins University.