U završnoj fazi bolesti pluća, transplantacija je ponekad jedina održiva terapijska opcija, ali dostupnost organa je ograničena i odbacivanje predstavlja dodatni izazov. Inovativni istraživački napori u oblasti regeneracije tkiva, uključujući pionirska otkrića profesora medicine sa Univerziteta Vermont Daniela Weissa, MD, Ph. D., i njegovih kolega, obećavaju za ovu populaciju, koja uključuje oko 12,7 miliona ljudi s kroničnom opstruktivnom plućnom poremećaj (KOPB), treći vodeći uzrok smrti u Sjedinjenim Državama. S.
Samo u protekloj godini, Weiss i kolege objavili su četiri članka u Biomaterials, vodećem časopisu o bioinženjeringu, kao i dva članka iz marta 2014. godine prvog autora Darcy Wagner, doktora nauka, postdoktorskog saradnika koji radi u Weiss-u laboratoriju, izvještavajući o svom razvoju novih metoda i tehnika za inženjering pluća za pacijente s KOPB-om i plućnom fibrozom.
Rad Weissa i njegovog tima fokusira se na bioinženjering plućnog tkiva, koji uključuje korištenje skele - ili okvira - pluća od ljudskih leševa za projektovanje novih pluća za pacijente sa završnom stadijumom bolesti. Njihove studije su ispitale više perspektiva na proces odstranjivanja ćelijskog materijala iz ovih pluća - koji se naziva decelularizacija - i zamjene matičnim stanicama (recelularizacija), u nastojanju da se uzgajaju nova, zdrava pluća za transplantaciju.
Radeći na životinjskim i ljudskim modelima, Wagner, Weiss i kolege su se pozabavili brojnim izazovima s kojima se suočavaju tokom procesa bioinženjeringa plućnog tkiva, kao što su skladištenje i sterilizacija decelulariziranih kadaveričnih skela i utjecaj starosti i bolesnog stanja donora pluća na ovim procesima.
U jednoj od najnovijih studija o biomaterijalima, istraživači izvještavaju o novim tehnikama koje povećavaju sposobnost izvođenja visokopropusnih studija ljudskih pluća.
"Skupo je i teško ponovo naseliti čitavo ljudsko pluće u jednom trenutku, i, za razliku od mišjih modela, ovo ne dozvoljava lako proučavanje više uslova, kao što su tipovi ćelija, faktori rasta i uticaji okoline poput mehaničkog istezanja - normalnih pokreta disanja - sve će to utjecati na uspješnu recelularizaciju pluća, " objašnjava Weiss.
Da bi se riješio ovoga, Wagner je razvio tehniku za seciranje i recelularizaciju više, malih segmenata na biološki/fiziološki način koji bi uzeo u obzir odgovarajuću trodimenzionalnu interakciju krvnih sudova sa disajnim putevima pluća i zračnim vrećicama.
Radeći sa naučnicom za biomaterijale Rachel Oldinski, dr., UVM docentom inženjerstva, oni su dalje razvili novu metodu koristeći netoksični, prirodni polimer dobijen iz morskih algi koji se koristi kao premaz za svaki segment pluća prije recelularizacije. Ovaj proces je omogućio timu da selektivno ubrizga nove matične ćelije u male decelularizovane segmente pluća uz očuvanje vaskularnih i disajnih kanala. Upotreba ove tehnike, koja je rezultirala većim zadržavanjem ljudskih matičnih ćelija u svinjskim (svinjskim) i ljudskim skelama, omogućava ventilaciju malih segmenata pluća za upotrebu u proučavanju efekata rastezanja na diferencijaciju matičnih ćelija.
"Mogućnost izvođenja brojnih eksperimenata i pregleda više stanja iz jednog decelulariziranog ljudskog pluća pruža put za ubrzanje napretka ka konačnom cilju regeneracije funkcionalnog plućnog tkiva za transplantaciju," kaže Wagner.
Kroz drugu novu tehniku - termografiju ili termičku sliku - Wagner i kolege razvili su neinvazivna i nedestruktivna sredstva za praćenje integriteta plućnih skela i fizioloških atributa u realnom vremenu tokom procesa decelularizacije. Prema Wagneru, ova metoda bi se mogla koristiti kao prvi korak u procjeni da li su pluća i eventualne skele pogodne za recelularizaciju i transplantaciju.
Razvoj ovih novih tehnika je "značajan korak naprijed" na polju regeneracije pluća, kažu Wagner i njeni koautori.
Ova studija i Weissove i Wagnerove srodne publikacije u proteklih 15 mjeseci pokazuju pozitivan utjecaj granta direktora Nacionalnog instituta za zdravlje (NIH) u vrijednosti od 4,26 miliona dolara za istraživanje koji je Weiss dobio u oktobru 2010. kao dio američkog oporavka i finansiranje Zakona o reinvestiranju. Pored ovih naučnih dostignuća, on je uspostavio i jake industrijske veze i ima nekoliko patenata na čekanju.
"Ovaj rad služi kao jezgro za pomoć u razvoju snažnog bioinženjerskog napora kako bi se uporedo s tekućim aktivnostima matičnih ćelija na Odsjeku za medicinu i za poticanje sve veće saradnje između medicinskih i inženjerskih koledža", kaže Weiss.
