In einer Studie an Mäusen haben Forscher der Johns Hopkins einen neuen molekularen Weg identifiziert, der am Wachstum winziger Luftsäcke namens Alveolen beteiligt ist, die für die Atmung entscheidend sind. Die Wissenschaftler sagen, dass ihre Experimente zu den ersten erfolgreichen Behandlungen führen können, um die Luftsäcke bei Menschen nachzuwachsen, die an Krankheiten wie Emphysem leiden, bei denen die Luftsäcke durch jahrelanges Rauchen zerstört wurden. Die Arbeit könnte auch eine neue Therapie für Frühgeborene vorschlagen, die geboren wurden, bevor ihre Lungen voll entwickelt sind.

„Eine der entmutigendsten Herausforderungen, denen wir als Ärzte gegenüberstehen, besteht darin, Patienten mit chronisch obstruktiver Lungenerkrankung wie Emphysem zu helfen, die Alveolen verloren haben, die für die Lungenfunktion so wichtig sind“, sagt Enid Neptune, MD, außerordentlicher Professor für Lungen- und Intensivmedizin an der Johns Hopkins University School of Medicine. „Sobald diese winzigen Luftsäcke zerstört sind, gibt es keine wirksamen Behandlungen, um sie zurückzubringen.“

Neptun ist der leitende Autor einer Studie, die in einem Artikel im Februar beschrieben wurde. 14, 2014 Ausgabe von PLOS Genetics, in der die Forscher den Hepatozyten-Wachstumsfaktor (HGF) verwendeten, um Alveolen nachzuwachsen und die Lungenstruktur bei Mäusen wiederherzustellen, die gentechnisch verändert wurden, um eine menschenähnliche Form des Emphysems zu entwickeln. Es wird angenommen, dass dies die erste Studie mit HGF bei Mäusen mit etabliertem Emphysem ist.

Wachstumsfaktoren wie HGF wurden verwendet, um die Wundheilung zu fördern. Laut Neptun hatten frühere Studien gezeigt, dass HGF eine Rolle bei der Funktion von Alveolen spielt, die es der Lunge ermöglichen, Sauerstoff und Kohlendioxid auszutauschen und Sauerstoff in den Blutkreislauf zu schicken, um Organe im ganzen Körper zu ernähren. Die Verringerung der Anzahl oder Qualität der Säcke beeinträchtigt die Atmung erheblich.

Obwohl sie mit bloßem Auge nicht zu sehen sind, sind winzige, kugelförmige Alveolen mit dünnen Wänden bedeckt und haben eine Blutversorgung. Die Forscher führten Experimente an Mäusen mit einer genetisch induzierten Form von Emphysem durch, um zu sehen, ob HGF die Bildung von Alveolen stimulieren könnte.

Ein Experiment umfasste erwachsene Mäuse mit genetisch induziertem Emphysem. Die Hälfte der Mäuse erhielt HGF, das zwei Wochen lang mit einer speziellen Pumpe unter die Haut abgegeben wurde. Die andere Hälfte der Gruppe erhielt ein Placebo – nicht das HGF. Eine andere Gruppe von Mäusen mit gesunden Lungen, die „Kontrollgruppe“, wurde in zwei Hälften geteilt, um entweder HGF oder ein Placebo zu erhalten.

„Wir fanden heraus, dass die Mäuse mit Emphysem, wenn sie das HGF erhielten, eine 17-prozentige Verbesserung der Größe ihrer Luftsäcke im Vergleich zu Placebo-behandelten Mäusen entwickelten, was mit einer verbesserten Lungenstruktur und -funktion übereinstimmte. Das HGF war auch schützend und verhinderte die Zerstörung der Alveolen, indem es den oxidativen Stress reduzierte, der zu Lungenverletzungen beiträgt „, sagt Neptun. „Im Wesentlichen konnte der HGF einen Hauptfeind der funktionierenden Alveolen blockieren.“

Darüber hinaus zeigten die gesunden Mäuse, die HGF erhielten, keinen Unterschied in der Alveolargröße. Die Mäuse mit Emphysem, die mit einem Placebo behandelt wurden, zeigten keine Besserung.

Die Forscher wollten dann die Wirkung einer gestörten HGF-Aktivität bei jungen Mäusen sehen, deren Lungen sich noch bildeten. Sie schufen eine Maus, in der der HGF-Rezeptor, bekannt als MET, aus den Zellen entfernt wurde, die die Alveolen auskleiden. „Unsere Idee war, wenn HGF diese wichtige Rolle bei der Alveolenbildung spielt, wenn wir seinen Rezeptor, bekannt als MET, ausschalten, sollten wir Schäden an den Alveolen sehen“, sagt Neptun.

Wie vorhergesagt, bildeten sich die Luftsäcke in den sich entwickelnden Mäusen ohne den HGF-Rezeptor nicht richtig. Auch die Blutgefäße, die den Alveolen dienen, wurden reduziert und es gab eine Zunahme von oxidativem Stress und Entzündungen. Die Forscher kamen zu dem Schluss, dass die Entwicklung von Alveolen sowohl HGF- als auch MET-Signale erfordert, um sich normal zu bilden.

„Unsere Forschung ist ein wichtiger Beweis dafür, dass ein Wachstumsfaktor als Medikament gegen Emphysem eingesetzt werden kann“, sagt Neptun. „Da HGF jedoch den Zelltod reduziert und die Zellproliferation fördert, müssten wir vorsichtig sein, wenn wir es auf die rauchende Bevölkerung übertragen, wo ein höheres Risiko für Lungenkrebs besteht.“ sie fügt hinzu. Neptun und andere forschen, um die therapeutischen und nicht die malignitätsinduzierenden Komponenten der HGF-Signalisierung selektiv aktivieren zu können.

Emphysem ist eine Form der chronisch obstruktiven Lungenerkrankung (COPD), die die dritthäufigste Todesursache in den Vereinigten Staaten ist. Schätzungsweise 30 Millionen Amerikaner haben COPD und etwa 60.000 Menschen sterben jedes Jahr daran. Neben dem Rauchen kann auch die berufliche Exposition gegenüber schädlichem Staub, Rauch und Rauch COPD verursachen.

Der Titel des Artikels lautet „Hepatozyten-Wachstumsfaktor, eine Determinante der Luftraumhomöostase in der Mauslunge.“

Die Studie wurde durch Neptuns NIH RO1 Grant # 1R01HL085312 und auch durch einen March of Dimes Basil O’Connor Award an Neptun finanziert.

Andere Autoren sind: Carla Calvi, Megan Podowski, Armando Lopez-Mercado, Shana Metzger, Kaori Misono, Alla Malinina, Dustin Dikeman, Hataya Poonyagariyon, Leslie Ynalvez, Roshanak Derakhshandeh, Ann Le, Mark Merchant und Ralph Schwall (verstorben).