I en studie av möss har forskare vid Johns Hopkins identifierat en ny molekylväg involverad i tillväxten av små luftsäckar som kallas alveoler som är avgörande för andning. Forskarna säger att deras experiment kan leda till de första framgångsrika behandlingarna för att återfå luftsäckarna hos personer som lider av sjukdomar som emfysem där luftsäckarna har förstörts av år av rökning. Arbetet kan också föreslå ny terapi för prematura barn födda innan lungorna är fullt utvecklade.
”en av de mest skrämmande utmaningarna vi står inför som läkare är att hjälpa patienter med kronisk obstruktiv lungsjukdom, såsom emfysem, som har förlorat alveoler som är så avgörande för lungfunktionen”, säger Enid Neptune, MD, docent i lung-och kritisk vårdmedicin vid Johns Hopkins University School of Medicine. ”När de små luftsäckarna förstörs finns det inga effektiva behandlingar för att få dem tillbaka.”
Neptune är seniorförfattare till en studie som beskrivs i en artikel i Feb. 14, 2014 utgåva av PLOS Genetics där forskarna använde hepatocyttillväxtfaktor (HGF) för att återväxa alveoler och återställa lungstrukturen hos möss genetiskt konstruerade för att utveckla en människoliknande form av emfysem. Deras tros vara den första studien med HGF hos möss med etablerat emfysem.
tillväxtfaktorer, såsom HGF, har använts för att främja sårläkning. Neptunus säger att tidigare studier hade visat att HGF hade en roll i alveolernas funktion, vilket gör det möjligt för lungorna att utbyta syre och koldioxid och skicka syre till blodomloppet för att ge näring åt organ i hela kroppen. Minskning av antalet eller kvaliteten på säckarna äventyrar allvarligt andningen.
även om de inte kan ses med blotta ögat, är små sfäriska alveoler täckta med tunna väggar och har blodtillförsel. Forskarna genomförde experiment på möss med en genetiskt inducerad form av emfysem för att se om HGF kunde stimulera bildandet av alveoler.
ett experiment involverade vuxna möss med genetiskt inducerat emfysem. Hälften av mössen fick HGF, levererad under huden med en speciell pump i två veckor. Den andra hälften av gruppen fick placebo – inte HGF. En annan grupp möss med friska lungor, gruppen ”kontroll”, delades i hälften för att få antingen HGF eller placebo.
” vi fann att mössen med emfysem, när de fick HGF, utvecklade en 17 procent förbättring av storleken på deras luftsäckar jämfört med placebobehandlade möss, i överensstämmelse med förbättrad lungstruktur och funktion. HGF var också skyddande och förhindrade förstörelse av alveolerna genom att minska oxidativ stress som bidrar till lungskada”, säger Neptunus. ”I huvudsak kunde HGF blockera en stor fiende av de fungerande alveolerna.”
dessutom visade de friska mössen som fick HGF ingen skillnad i alveolär storlek. Mössen med emfysem som behandlades med placebo visade ingen förbättring.
forskarna ville sedan se effekten av nedsatt HGF-aktivitet hos unga möss vars lungor fortfarande bildades. De skapade en mus där HGF-receptorn, känd som MET, avlägsnades från cellerna som fodrar alveolerna. ”Vår uppfattning var om HGF utförde denna viktiga roll i alveolbildning, om vi slog ut dess receptor, känd som MET, borde vi se skador på alveolerna”, säger Neptunus.
som förutsagt bildades inte luftsäckarna i de utvecklande mössen utan HGF-receptorn korrekt. Dessutom reducerades blodkärlen som betjänade alveolerna och det fanns en ökning av både oxidativ stress och inflammation. Forskarna drog slutsatsen att utveckling av alveoler kräver både HGF och MET-signalering för att kunna bildas normalt.
” vår forskning är en viktig demonstration att en tillväxtfaktor kan användas som ett läkemedel för emfysem, säger Neptunus. ”Men eftersom HGF minskar celldöd och främjar cellproliferation, måste vi vara försiktiga med att översätta den till rökpopulationen där det finns en högre risk för lungcancer.”tillägger hon. Neptunus och andra bedriver forskning för att selektivt kunna aktivera de terapeutiska och inte de malignitetsinducerande komponenterna i HGF-signalering.
emfysem är en form av kronisk obstruktiv lungsjukdom (kol), som är den tredje ledande dödsorsaken i USA. Uppskattningsvis 30 miljoner amerikaner har KOL och cirka 60 000 människor dör av det varje år. Förutom rökning kan yrkesmässig exponering för skadligt damm, rök och rök också orsaka KOL.
artikelns titel är ” Hepatocyttillväxtfaktor, en Determinant av Luftrumshomeostas i den Murina lungan.”
studien finansierades av Neptuns NIH RO1-bidrag# 1r01hl085312 och även av en marsch av Dimes Basil O ’ Connor Award till Neptunus.
andra författare är: 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 och Ralph Schwall (avliden).