New York, NY July 10 luglio 2020 disease La malattia respiratoria è la terza causa di morte in tutto il mondo e il trapianto polmonare è ancora l’unica cura per i pazienti con malattia polmonare allo stadio terminale. Nonostante i progressi nel campo, il trapianto polmonare rimane limitato dalla scarsa disponibilità di organi donatori sani e la maggior parte dei polmoni donatori non può essere utilizzata a causa di lesioni gravi ma potenzialmente reversibili. Attualmente, un metodo noto come perfusione polmonare ex vivo (EVLP) viene utilizzato per fornire supporto polmonare al di fuori del corpo e recuperare polmoni donatori di qualità marginale prima del trapianto. Tuttavia, EVLP fornisce solo una durata limitata di sei-otto ore di supporto – un tempo che è troppo breve per recuperare la maggior parte dei polmoni donatori gravemente danneggiati.
Un team multidisciplinare della Columbia Engineering e della Vanderbilt University ha ora dimostrato che i polmoni dei donatori gravemente feriti che sono stati rifiutati per il trapianto possono essere recuperati all’esterno del corpo da un sistema che utilizza la circolazione incrociata di sangue intero tra il polmone del donatore e un ospite animale. Per la prima volta, un polmone umano gravemente ferito che non è riuscito a recuperare utilizzando l’EVLP clinico standard è stato recuperato con successo durante le ore 24 sulla piattaforma di circolazione incrociata del team. Lo studio è pubblicato oggi su Nature Medicine.
I ricercatori, guidati da Gordana Vunjak-Novakovic, professore universitario e professore della Mikati Foundation di Ingegneria biomedica e Scienze mediche alla Columbia Engineering, e Matthew Bacchetta, direttore chirurgico del Vanderbilt Lung Institute, hanno attribuito il raggiungimento della loro importante pietra miliare all’ambiente fisiologico e alla regolazione sistemica che la loro piattaforma unica fornisce ai polmoni umani espiantati.
“È la fornitura di meccanismi di riparazione biologica intrinseca per periodi di tempo abbastanza lunghi che ci ha permesso di recuperare polmoni gravemente danneggiati che non possono altrimenti essere salvati”, hanno affermato gli autori principali dello studio, Ahmed Hozain (ricercatore chirurgico presso Columbia Engineering) e John O’Neill (ricercatore associato aggiunto presso Columbia Engineering).
Negli ultimi otto anni, i ricercatori hanno sviluppato il loro metodo radicalmente nuovo per fornire più polmoni per i pazienti che hanno un disperato bisogno di trapianto di organi. Nel 2017, hanno dimostrato la fattibilità del supporto della circolazione incrociata di interi polmoni al di fuori del corpo. In 2019, hanno dimostrato l’efficacia della circolazione incrociata rigenerando i polmoni dei suini gravemente danneggiati e in 2020 hanno esteso con successo la durata del supporto della circolazione incrociata a quattro giorni senza precedenti.
Ora, in questo nuovo documento, il team mostra che i polmoni umani espiantati, già rifiutati per il trapianto, possono essere recuperati sulla loro piattaforma di circolazione incrociata, che ha mantenuto con successo l’integrità polmonare e ha portato al recupero funzionale del polmone. Durante le 24 ore di circolazione incrociata, il team ha visto miglioramenti sostanziali della vitalità cellulare, della qualità dei tessuti, delle risposte infiammatorie e, soprattutto, della funzione respiratoria.
” Siamo stati in grado di recuperare un polmone donatore che non è riuscito a recuperare sul sistema clinico di perfusione polmonare ex vivo, che è l’attuale standard di cura. Questa è stata la convalida più rigorosa della nostra piattaforma di circolazione incrociata fino ad oggi, mostrando grandi promesse per la sua utilità clinica”, ha detto Vunjak-Novakovic.
Questo particolare polmone donatore ha dimostrato gonfiore persistente e accumulo di liquidi che non poteva essere risolto, ed è stato rifiutato per il trapianto da più centri di trapianto e alla fine offerto per la ricerca. Quando il team ha ricevuto questo polmone, aveva sperimentato due periodi di ischemia fredda che ammontavano a 22,5 ore, più cinque ore di trattamento clinico EVLP. Sorprendentemente, dopo 24 ore di circolazione incrociata, il polmone ha mostrato un recupero funzionale.
Vunjak-Novakovic ha osservato che la dimensione e il profilo del loro team di ricerca multi-istituzionale-25 ricercatori con esperienza in bioingegneria, chirurgia, immunologia, cellule staminali e varie discipline cliniche-riflette la complessità di questo progetto traslazionale.
Zachary Kon, direttore del programma di trapianto polmonare, NYU Langone Health, che non è stato coinvolto nello studio, ha commentato: “Come chirurgo di trapianto polmonare, ho visto molti pazienti non ricevere trapianti di polmone di cui avevano disperatamente bisogno. Trovo questo lavoro intrigante e spero che questa tecnologia renderà più polmoni donatori disponibili.”
I ricercatori sottolineano che è necessario fare più lavoro prima che la circolazione incrociata possa diventare una realtà clinica. Per l’applicazione clinica della piattaforma di circolazione incrociata, immaginano due scenari clinici per l’applicazione della piattaforma di circolazione incrociata, che stanno progettando di perseguire. Un approccio consiste nel tradurre direttamente il metodo dimostrato in questo nuovo studio, con il polmone donatore umano recuperato dalla circolazione incrociata “xenogenica” con un ospite animale di grado medico e privo di patogeni. A tal fine, la sicurezza, la fattibilità, i profili di rischio e gli esiti della circolazione incrociata xenogenica dovranno essere valutati in un gran numero di polmoni.
Un altro approccio è che i pazienti critici già in attesa di trapianto su supporto polmonare artificiale potrebbero servire come ospite di circolazione incrociata per recuperare un polmone donatore ferito, che riceverebbero per il trapianto non appena l’organo si riprenderà. Come descritto nel documento, la piattaforma di circolazione incrociata xenogenica può anche servire come strumento di ricerca per studiare la rigenerazione degli organi, l’immunologia dei trapianti e lo sviluppo di nuove terapie.
Guardando al futuro, i ricercatori sperano di estendere i benefici della loro piattaforma di circolazione incrociata al recupero di altri organi umani, tra cui fegati, cuori, reni e arti.
Informazioni sullo studio
Lo studio è intitolato “Xenogeneic cross-circulation per il recupero extracorporeo dei polmoni umani feriti.”
Gli autori sono: Ahmed E. Hozain, 1, 2, John D. O’Neill1, Meghan R. Pinezich1, Yuliya Tipograf2, Rachel Donocoff3, Katherine M. Cunningham1, Andrew Tumen4, Kenmond Fung5, Rei Ukita4, Michael Simpson2, Jonathan A. Reimer1,2, Edward C. Ruiz1, Alba Queen6, John W. Stokes4, Nancy L. Cardwell4, Jennifer Talackine4, Jinho Kim7, Hans-Willem Snoeck8,9, Ya-Wen Chen8,10, Alexander Romanov3, Charles C. Marboe11, Adam D. Griesmer9, Brandon A. Guenthart1,12, Matteo Bacchetta1,4,16,17 e Gordana Vunjak-Novakovic1,8
1 Dipartimento di Ingegneria Biomedica, Università di Columbia
2 Dipartimento di Chirurgia, la Columbia University Medical Center
3 Istituto di Medicina Comparativa, la Columbia University Medical Center
4 Dipartimento di Chirurgia Toracica, Università di Vanderbilt
5 Dipartimento di Clinica Perfusione, Il Columbia University Medical Center
6 Vagelos Collegio dei Medici e Chirurghi, Columbia University Medical Center
7 Dipartimento di Ingegneria Biomedica, Stevens Institute of Tecnologia
8 Dipartimento di Medicina della Columbia University Medical Center
9 Dipartimento di Microbiologia e Immunologia, la Columbia University Medical Center
10 Columbia Center per lo Sviluppo Umano, la Columbia University Medical Center
11 Dipartimento di Medicina dell’Università della California del Sud
12 Dipartimento di Biologia delle Cellule Staminali e della Medicina Rigenerativa, University of Southern California
13 Dipartimento di Patologia e Biologia Cellulare della Columbia University Medical Center
14 Center for Translational Immunologia, la Columbia University Medical Center
15 Dipartimento di Chirurgia Cardiotoracica, Stanford University
16 Dipartimento di Cardiochirurgia, Università di Vanderbilt
17 Dipartimento di Ingegneria Biomedica, Università di Vanderbilt
Lo studio è stato sostenuto da sovvenzioni dal National Institutes of Health (HL134760, EB27062, HL120046, HL007854), Blavatnik Fondazione, e il Mikati Fondazione.
Gli autori non dichiarano interessi finanziari concorrenti.
COLLEGAMENTI:
Carta:http://dx.doi.org/10.1038/s41591-020-0971-8
DOI: 10.1038 / s41591-020-0971-8
Immagini: https://www.dropbox.com/sh/7m2yioy1os5y1s8/AAD5zY039z9a84f4CCPTV9wva?dl=0
https://engineering.columbia.edu/
https://bme.columbia.edu/gordana-vunjak-novakovic
https://bme.columbia.edu/
https://bme.columbia.edu/
https://www.nature.com/articles/s41551-017-0037
https://www.nature.com/articles/s41467-019-09908-1
https://www.jtcvs.org/article/S0022-5223(19)32146-4/fulltext
Columbia Engineering
Columbia Engineering, based in New York City, is one of the top engineering schools in the U.S. and one of the oldest in the nation. Conosciuta anche come Fu Foundation School of Engineering and Applied Science, la Scuola espande le conoscenze e avanza la tecnologia attraverso la ricerca pionieristica dei suoi oltre 220 docenti, mentre istruisce studenti universitari e laureati in un ambiente collaborativo per diventare leader informati da una solida base in ingegneria. La facoltà della scuola è al centro della ricerca interdisciplinare dell’Università, contribuendo al Data Science Institute, Earth Institute, Zuckerman Mind Brain Behavior Institute, Precision Medicine Initiative e Columbia Nano Initiative. Guidata dalla sua visione strategica, “Columbia Engineering for Humanity”, la Scuola mira a tradurre le idee in innovazioni che promuovano un’umanità sostenibile, sana, sicura, connessa e creativa.
