Nature子刊:美科學家成功用活豬修復人類受損肺,解決器官移植難題
6天前
希望該技術早日實現臨床轉化,造福人類!

器官移植技術是許多患者的最后一根救命稻草。慢性呼吸系統疾病是全球第三大死亡原因,截止到2020年,肺移植仍然是終末期肺部疾病患者的唯一的治愈方法。但是目前,供體肺數量遠遠不足,異體移植失敗率高等,導致預后較差。因此迫切需要創新的解決方案來降低相關的發病率和死亡率。

2020年7月13日,美國哥倫比亞大學Matthew Bacchetta和Gordana Vunjak-Novakovic研究團隊在《Nature Medicine》發表題為Xenogeneic cross-circulation for extracorporealrecovery of injured human lungs的一項新研究。通過使用一種跨物種交叉循環技術,與一只活體豬共享其循環系統,充分利用人體的自我修復機制,成功恢復了受損的人肺。


https://www.nature.com/articles/s41591-020-0971-8

在這項研究中,研究人員使用了一個跨循環平臺來支持人肺移植。該技術將肺置于一個無菌容器中,與呼吸機、泵和過濾器相連,在人體溫度下,將含有適量氧、營養和蛋白質的無血溶液在肺中灌注循環。作者推測移植的人肺和豬宿主之間的異種交叉循環可以提供關鍵的系統調節,維持組織結構和完整性,并能協助在24小時恢復肺功能。


為了進行免疫學對照,研究人員在沒有免疫抑制的情況下施行了異種肺交叉循環(n=1),結果發現迅速出現與超急性排斥反應一致的情況,包括血流動力學不穩定、肺水腫、彌漫性肺泡出血、呼吸功能下降等。臨床肺移植的免疫抑制藥物方案與重組眼鏡蛇蛇毒因子聯合使用,有效抑制了急性排斥反應,并使移植的人肺(n=5)在異種交叉循環的24小時內保持正常。

在異種靜脈交叉循環24小時內,吸入氧分數(FiO2)為40%的人肺PaO2/FiO2與基線相比升高了135 mmHg,平均動態順應性持續增加,平均氧合和通氣量穩步增加。值得注意的是,所有肺都表現出更好的復張,這與功能參數的改善是一致的。

異種交叉循環開始時,人肺大體可見不同程度但廣泛的實變、肺水腫和出血。24小時后,肺部實變減少,通氣改善。X線片能夠對每個肺葉進行定期的非侵入性評估,并在異種交叉循環前顯示局灶性和彌漫性固結。24小時后可觀察到區域實變的漸進性清除,放射性透光率增加,通氣肺容量廣泛恢復。異種交叉循環前,支氣管鏡檢查發現輕度分泌物伴有氣道炎癥。然而,到了12h,大氣道正常,沒有氣道分泌物、水腫或紅斑。


在異種交叉循環的0、12和24小時,多個肺損傷類別的損傷評分均較基線降低。支氣管肺泡灌洗液(BAL)中炎性細胞因子干擾素-γ、白細胞介素-1α、IL-1β、IL-1ra、IL-2、IL-8、IL-12、IL-16、1L-17a、IL-18、腫瘤壞死因子-α和腫瘤壞死因子-β的平均濃度降低,而IL-4、IL-5、IL-6和IL-10的平均濃度升高。

內皮細胞是器官移植中最先與非自身抗原相互作用的細胞,是免疫反應和凝血的關鍵調節因子。異種交叉循環24小時后,血管造影證實所有肺葉和周圍區域的肺血管樹均通暢。免疫組化顯示大肺動脈和大靜脈內皮細胞表面無纖維蛋白沉積,動脈和靜脈管壁彈性纖維仍保持典型的結構和分布。小動脈和小靜脈也保持正常,沒有微血栓形成。


最后,研究人員還評估了移植肺小氣道的結構完整性。免疫組織化學染色顯示未受破壞的柱狀呼吸道上皮具有完整的下層氣道平滑肌,呼吸道上皮細胞表型完整。并且,CFSE和線粒體活性分析證實了實質細胞的活性。

總的來說,該研究通過使用異種交叉循環技術,利用豬肺成功恢復了受損的人肺。異種交叉循環有望作為一個轉化研究平臺來擴大移植研究,用于其他人體器官的修復,比如肝臟、心臟、腎臟和四肢,最終解決器官短缺問題。該研究臨床意義重大,并且有巨大的應用前景。希望該技術早日實現臨床轉化,造福人類!

參考資料:

1.Xenogeneic cross-circulation for extracorporeal recovery of injured human lungs

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